DE19912037A1

DE19912037A1 - Verfahren zur Behandlung und Verarbeitung alkaloid-, öl- und proteinhaltiger Lupinensamen

Info

Publication number: DE19912037A1
Application number: DE19912037A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Holley; Klaus Mueller; Hisham Kamal; Andreas Waesche; Axel Borcherding; Thomas Luck
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Prolupin De GmbH
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1999-03-17
Publication date: 2002-06-20
Anticipated expiration: 2019-03-18
Also published as: DE19912037B4

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Behandlung und Verarbeitung alkaloid-, öl- und proteinhaltiger Lupinensamen zur Gewinnung von Produkten aus den Lupinensamen mittels gezielter Fraktionierung, wobei der zerkleinerte Lupinensamen mittels Eintrag eines Lösungsmittels entölt und der Rückstand unter Zusatz von Säure von im Sauren löslichen Stoffen, vorzugsweise von Alkaloiden, abgereichert wird. DOLLAR A Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Lupinensamen in scheibchenförmige Flocken derart zerkleinert und/oder verformt werden, daß die Zerkleinerung der Pflanzensamen nach erfolgtem Vorbrechen der den Pflanzensamen enthaltenen geschälten oder ungeschälten Saat mittels einer gekühlten Flockierwalze durchgeführt wird, und durch indirekten Wärmeeintrag unter weitgehendem Ausschluß von Wasser erhitzt werden und nach der Entölung die Abreicherung von im Sauren löslichen Stoffen, vorzugsweise von Alkaloiden, der Flocken durch eine wäßrige Extraktion erfolgt, wobei ein alkaloidreduziertes Raffinat und ein wäßriges Extrakt erhalten werden.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Behandlung und Verarbeitung alka loid-, öl- und proteinhaltiger Lupinensamen zur Gewinnung von Produkten aus den Lupinensamen mittels gezielter Fraktionierung, wobei der zerkleinerte Lupinensamen mittels Eintrag eines Lösungsmittels entölt und der Rückstand unter Zusatz von Säu re von im Sauren löslichen Stoffen, vorzugsweise von Alkaloiden, abgereichert wird.

Stand der Technik

Proteine gelten als Rohstoffe für die Lebensmittel- und Futtermittelindustrie und fin den vielfache Verwendung in der technischen Chemie, beispielsweise zur Herstel- lung von Klebstoffen, Emulsionen für photographische Schichten sowie Kosmetika, um nur einige zu nennen.

Da Proteine ein wesentlicher Bestandteil von Tieren und Pflanzen sind, stellen sie erneuerbare, native Rohstoffe dar, die im industriellen Maßstab beispielsweise aus Milch, Soja und Weizen gewonnen werden können. Von besonderer Bedeutung für die Proteingewinnung sind Lupinensamen, die in ihrer Zusammensetzung hinsichtlich Proteingehalt, Rohfaseranteil sowie Ölgehalt Sojabohnen ähneln. Der Lupinenanbau und die Verarbeitung von Lupinensamen zu gewünschten Proteinprodukten ist des halb von besonderem Interesse, da Lupinen auch in Regionen angebaut werden können, die für Sojabohnen ungeeignet sind, wie beispielsweise in Westeuropa oder Australien.

Eine direkte Nutzung von Lupinenprodukten, insbesondere für Ernährungszwecke, ist aufgrund pflanzeneigener Bitterstoffe, den sogenannten Alkaloiden, einge schränkt, bei den anbautechnisch vorteilhaften sogenannten Bitterlupinen sogar voll kommen ausgeschlossen. Bei der Verarbeitung von Lupinensamen ist es daher er forderlich, die Alkaloide zu entfernen, um Produkte für die Nutzung als Lebensmittel zu erhalten. Gleichzeitig können die extrahierten Alkaloide als Wirkstoffe gezielt in Landwirtschaft und Pharmazie eingesetzt werden, wodurch die vollständige Verwer tung von Lupinen bzw. Bitterlupinen auch aus ökonomischer Sicht äußerst interes sant ist.

So geht bereits aus der im Jahre 1931 veröffentlichten deutschen Patentschrift DE 5 37 265 ein Verfahren zur nutzbaren Verwertung von Lupinen unter Entbitterung durch stufenweise Extraktion mit wässrigen Lösungen hervor. Die Entbitterung wird mittels stufenweiser Extraktion im feuchten Zustand geschnitzelter Lupinen unter Säurezusatz mit anschließender Lösung der sich im Säurebad bildenden Salze durchgeführt.

Weiterhin geht aus der WO 83/00419 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ent zug der Bitterstoffe aus Bitterlupinensamen hervor, nachdem die Lupinen in feinstgemahlener Form mit unterschiedlich stark konzentrierten Lupinenextraktlösun gen nach dem Gegenstromprinzip kalt ausgewaschen werden, wobei als Lösungs mittel Wasser verwendet wird.

Ein weiterentwickeltes Verfahren zur Entbitterung von Lupinensamen ist der WO 97/12524 zu entnehmen, das nach der Zerkleinerung der Lupinensamen auf grießar tige Körner mit Durchmessern zwischen 200 und 600 µm zunächst eine thermische Wärmeeinwirkung auf die Pflanzensamen vorsieht, wodurch eine gezielte Inaktivie rung von in den Pflanzensamen vorhandenen Enzymen erreicht wird. Die Wärme einwirkung erfolgt direkt mittels Blanchiertechnik, d. h. direktem Einbringen heißen Wasserdampfes in den zerkleinerten Samen. Nach dem Blanchiervorgang werden die Pflanzensamen einem aus zwei Schritten bestehenden Entbitterungsprozeß un terzogen, dessen erster Extraktionsschritt zur Abtrennung der Alkaloide sowie weite rer antinutritiver Stoffe führt. Hierzu werden die Pflanzensamen mit frischem Trink wasser als Lösungsmittel in einem sauren Milieu im Rahmen einer Gegenstromex traktion vermischt. Der Mischvorgang kann vorzugsweise mehrstufig erfolgen, bis ein an antinutritiven Stoffen angereichertes Extrakt und ein extrahierbares Raffinat, das reich an Proteinen und Ballaststoffen ist, gewonnen wird. Das aus dem ersten Ex traktionsschritt gewonnene Raffinat wird in einem zweiten Schritt mit Wasser als Lö sungsmittel in einem alkalischen Milieu zugesetzt. Als Extraktionsergebnisse im zweiten Schritt wird ein an Ballaststoffen angereichertes Raffinat sowie eine mit Proteinen angereicherte Proteinmilch gewonnen.

Allen vorstehend beschriebenen Entbitterungsverfahren liegt ein gemeinsames Ziel zugrunde, nämlich zum einen die Gewinnung von Proteinen möglichst ein Reinstform und zum anderen möglichst vollständig entbitterte Ballaststoffe für die Lebensmittel- oder Futtermittelindustrie zu erhalten.

Den vorstehend beschriebenen Verfahren haften jedoch auch diverse Nachteile an: Zum einen weisen Pflanzensamen und insbesondere Lupinensamen einen Ölgehalt von ca. 10 bis 15% auf, in dem neben reinem Öl, beispielsweise Triglyzerin auch lipophile Nebenbestandteile enthalten sind, wie beispielsweise Karotinoide, Lecithine oder lipophile Alkaloide. Insbesondere letztere Bestandteile können mit den bekann ten Entbitterungsverfahren nur unzureichend extrahiert werden, so daß in den ent bitterten Endprodukten unvermeidbar lipophile alkaloidische Restbestandteile ent halten sind.

Zwar sieht das bekannte Verfahren gemäß WO 97/12524 eine dem Entbitterungs prozeß vorgeschaltete Inaktivierung der in den Pflanzensamen vorhandenen Enzyme vor, so daß ausgeschlossen werden kann, daß bei der Lagerung der entbitterten Verfahrensprodukte eine enzymatische Oxidation vorhandener ungesättigter Fettsäu ren stattfindet, die beispielsweise zu einem ranzigen Geschmack führen würden, was für eine Verwendung im Lebensmittelbereich unvorteilhaft wäre, doch wird die Inakti vierung mittels Blanchieren vorgenommen, d. h. einer Beaufschlagung der Pflanzen samen mit heißem Wasserdampf, wodurch zum einen zwar die Enzyme inaktiviert, jedoch auch Speicherproteine unvermeidbar in Mitleidenschaft gezogen werden, daß sie ihre native Form und Eigenschaften verlieren.

Schließlich trägt auch die Formgebung der zerkleinerten Lupinensamen am Erfolg des Entbitterungsprozesses bei. So ist die in der WO 97/12524 vorgeschlagene Grießkornform insofern von Nachteil, da sie ein verhältnismäßig großes Volumen umschließt, aus dem die zu extrahierenden Einzelbestandteile entfernt werden müs sen, d. h. je größer der Abstand vom Volumeninneren zur Außenseite eines jeden Grießkornes ist, umso weniger leicht gelangen die zu extrahierenden Stoffe aus den zu entbitternden, grießförmigen Lupinensamenbestandteile. Andererseits wird in der WO 83/00419 vorgeschlagen, die zu entbitternden Lupinensamen zu feinstem Mehl zu mahlen, mit Korngrößen zwischen 1 µm bis 50 µm, wodurch zwar die einzelnen Extraktionswege innerhalb eines "Staubkornes", sehr klein gehalten sind, doch ent stehen durch das feine Vermahlen der Lupinensamen zu Mehl verfahrenstechnische Probleme beim Auftrennen zwischen flüssiger und fester Phase. Dies erfordert kom plizierte und verfahrenstechnisch aufwendige Filtrationsschritte, die im industriellen Einsatz einen erheblichen Kosten- und Zeitfaktor bedeuten.

Ein weiterer bekannter Entbitterungsprozeß ist in der DE-OS 29 08 320 beschrieben, bei dem die Lupinensamen zerkleinert und entölt werden. Der dabei auftretende proteinhaltige Rückstand wird nachfolgend erhitzt und unter Zugabe von Säure ex trahiert. Auch bei diesem bekannten Verfahren sind die vorstehend genannten Nachteile, wie Eintrag von Wasser zur Inaktivierung von Enzymen oder unzureichen de Zerkleinerung der Lupinensamen zu nennen.

Neben den vorstehend genannten Lupinen als Ausgangsstoffe kann auch protein- und öl- oder stärkehaltiges Saatgut verwendet werden, wie Raps, Leinsaat oder Le guminosen, insbesondere Sojabohnen, Erdnuß, Erbsen und Ackerbohnen.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Behandlung und Verar beitung alkaloid-, öl- und proteinhaltiger Lupinensamen zur Gewinnung von Produk ten aus Lupinensamen mittels gezielter Fraktionierung derart anzugeben, daß die Produkte, Proteine in Reinstform sowie Ballaststoffe möglichst vollständig von Bitter stoffen befreit werden können, wobei die nacheinander durchzuführenden Verfah rensschritte mit möglichst geringem technischen Aufwand verbunden sein sollen. Zum einen ist insbesondere darauf zu achten, daß die zu behandelnden Proteine in ihrer nativen Form unverändert verbleiben sollen, während in den Lupinensamen enthaltene Enzyme inaktiviert werden insbesondere lipophile Alkaloide weitgehendst vollständig, auf möglichst schonende Weise, extrahiert werden sollen. Das Verfahren soll mit möglichst einfachen, aufeinander abgestimmten Prozeßschritten den bisher erreichten Grad an Entbitterung von Lupinensamen erheblich verbessern, bzw. den technischen Aufwand bei gleichem Entbitterungsergebnis erheblich verringern.

Erfindungsgemäß werden bei dem Verfahren zur Behandlung und Verarbeitung al kaloid-, öl- und proteinhaltiger Lupinensamen zur Gewinnung von Produkten aus den Lupinensamen, die sowohl reich, den sogenannten Bitterlupinen, oder arm an Bitter stoffen sein können, mittels gezielter Fraktionierung folgende Verfahrensschritte durchgeführt:
Zunächst werden die Lupinensamen geschält und die Schalen werden abgetrennt. Im Anschluß daran wird das Kernfleisch der Samen zu scheibchenförmigen Flocken zerkleinert bzw. verformt, indem sie bspw. durch eine Flockierwalze geführt werden. Die Flockierwalze wird gekühlt, wodurch der Zerkleinerungsvorgang effizienter und schonender für das zu zerkleinernde Saatgut erfolgt. Die Kühlung soll insbesondere eine Erwärmung des Saatgutes während der Zerkleinerung verhindern. Der Kühleffekt kann beispielsweise mit gewöhnlichem Leitungswasser sichergestellt wer den, das das zerkleinerte Saatgut in einem Temperaturbereich noch unterhalb der Denaturierungstemperatur der Lupinenproteine hält. Geeignete Temperaturen bewe gen sich zwischen 8 und 35°C. Anschließend erfolgt auf die Flocken ein indirekter Wärmeeintrag unter weitgehendem Ausschluß von Wasser. Die indirekte Erwärmung findet in einer Wärmepfanne statt, in die die zerkleinerten Flocken eingebracht wer den. Durch den schonenden, indirekten Wärmeeintrag werden die in den Lupinen samen enthaltenen Enzyme inaktiviert, doch verbleiben die Proteine weitgehend in ihrer ursprünglichen Form und behalten ihre funktionellen Eigenschaften unverändert bei, da sie nicht in direktem Wasserkontakt treten, durch das die Proteine in ihren natürlichen Eigenschaften geschädigt würden.

Nun werden die Flocken gezielt einem Entölungsprozeß unterzogen, bei dem ein Lösemittel eingesetzt wird, vorzugsweise Hexan, mit dem eine Extraktion der in den scheibchenförmigen Flocken enthaltener Lipide möglich ist. Auch ist es möglich al ternativ zu Hexan, Ethanol, technisches Hexan, Pentan, Heptan oder überkritisches CO₂ zu verwenden. Ebenso kann die Entölung mit vorstehenden Lösemitteln mit ei ner mechanischen Ölabtrennung in Form von Pressen oder mit einer Entölung mit Ethanol-Wasser-Gemischen unter Anwendung von Zentrifugaltechniken kombiniert werden.

Insbesondere betreffen die extrahierten Lipide auch sämtliche in den Lupinensamen enthaltenen lipophile Alkaloide, die im Wege der Entölung isoliert werden können, so daß in den hexannassen, scheibchenförmigen Flocken lediglich lipophobe Alkaloide als Bitterstoffe vorhanden sind, die es gilt, in einem nachfolgenden Entbitterungspro zeß zu extrahieren. Die auf die vorstehende Weise entölten und desolventisierten Flocken weisen vorzugsweise einen Ölgehalt auf, der kleiner 2%, vorzugsweise klei ner 1% von der Trockensubstanz ist. Die Desolventisierung erfolgt vorzugsweise wasserfrei mit einem überhitzten Lösemittel, bspw. Hexan. Grundsätzlich sind jedoch auch beliebig andere Desolventisierungsmethoden anwendbar. Vorzugsweise wird das hexannasse Mehl schonend, beispielsweise mit überkritischen Hexan, entbenzi niert.

Zur Entbitterung werden die entbenzinierten, lipidreduzierten, scheibchenförmigen Flocken einem wässrigen Fraktionierungsprozeß unterzogen. Auch ist es möglich zu den lipidreduzierten Flocken Anteile von Schalen zu mischen, die in einem vorge schalteten Mahlschritt auf Korngrößen kleiner 5 mm reduziert worden sind. Der Ent bitterungsprozeß setzt sich im wesentlichen aus zwei Prozeßstufen zusammen:
Zunächst werden die entölten Flocken, gegebenenfalls zusammen mit Schalenantei len, in ein wässrig saures Medium eingebracht, in dem sich alljene Substanzen lö sen, die in den Flocken enthalten sind und im sauren Bereich gelöst werden können. Als Resultat wird ein wässrig saures Extrakt, das insbesondere die Alkaloide enthält, sowie ein sauer unlösliches, entbittertes Raffinat, im wesentlichen bestehend aus Flockensubstanz, erhalten.

Die auf diese Weise extrahierten Flocken, die auch als Mehl bezeichnet werden, können einer weiteren, nachfolgenden Extraktion mit dem Ziel einer Gewinnung von Proteinisolaten bzw. -konzentraten unterzogen werden. Auch bei der nachfolgenden Extraktion sind wässrige Systeme involviert, die in mehreren Stufen hintereinander geschaltet werden können. Eine Trennung zwischen der festen und flüssigen Phase kann mit Hilfe der Dekantation erfolgen, mit der man als Produkt den Proteinextrakt sowie proteinabgereicherte bzw. deren Kompartimente erhält, wobei sich in der üb riggebliebenen Flockensubstanz der darin verbleibende Proteinanteil mit Hilfe be stimmter Verfahrensbedingungen, wie beispielsweise pH-Wert, Extraktionszeiten sowie Temperaturen, steuern läßt.

Auch ist es möglich ein Produkt aus dem wäßrigen sauren Extrakt zu erhalten, das im Rahmen einer Feinstoffabtrennung per Seperator gewonnen werden kann. Da der erste Verfahrensschritt mehrstufig in Art einer Kaskade ausgebildet ist, die eine Vielzahl hintereinander geschaltete wässrig saure Prozeßstufen vorsieht, wird die Feinstoffabtrennung frühestens nach Durchlauf der ersten Prozeßstufe vorge nommen. Hierbei wird in einer Prozeßstufe zur Einstellung eines Verhältnisses zwi schen sauerunlöslichem Raffinat und wäßrigem Extrakt von kleiner als 10 : 1 ein Teil des wäßrigen Extraktes der unmittelbar darauffolgenden Prozeßstufe zugemischt. Auch ist es möglich ein Verhältnis zwischen sauerunlöslichem Raffinat und wäßrigem Extrakt von größer als 10 : 1 einzustellen, indem innerhalb einer unmittelbar folgenden Prozeßstufe ein Teil des wäßrigen Extraktes ausgeschleust wird.

Das dabei erhältliche Produkt weist somit einen Trockensubstanzgehalt von wenig stens 12%, vorzugsweise größer 16%, einen Proteingehalt in der Trockensubstanz von größer 70%, vorzugsweise größer 85% und einen Alkaloidgehalt von kleiner 0,5% vorzugsweise 0,1% in der Trockensubstanz auf. Ferner enthält das Produkt Ballaststoffe, die nach oder während einer Trocknungsphase nach Partikelgrößen in mindestens 2, vorzugsweise 3 Fraktionen fraktioniert werden.

Wird das sauerunlösliche Raffinat, das nach der ersten Verfahrensstufe erhalten wird, in ein wässrig alkalisches Medium eingebracht, in dem all jene Stoffe gelöst werden, die im alkalischen Bereich, d. h. bei pH-Werten über 7,5 in Lösung gehen, so entsteht als Endresultat, das unmittelbar nach dem zweiten Prozeßschritt vorliegt, ein alkaloidreduziertes Raffinat erhalten, das sowohl befreit ist von jeglichen lipophilen Alkaloiden sowie von im sauren Bereich löslichen Alkaloiden.

Das auch als Proteinquark bezeichnete alkaloidreduzierte Raffinat wird vorzugsweise getrocknet und weist nach der Trocknung bei einem pH-Wert von etwa 7 und bei ei ner Temperatur von 20-30°C eine Proteindispersibilität von 60-90% und ein Was serbindungsvermögen von kleiner 2 g/g auf.

Ebenso kann der Proteinquark durch eine hydrothermische Behandlung zu einem Wasserbinder konfektioniert wird, wobei zur Trocknung des Proteinquarks eine Tem peratur von mehr als 65°C, vorzugsweise mehr als 85°C angewendet wird und der Wassergehalt zu Beginn der Trocknung bei weniger als 85%, vorzugsweise weniger als 75% liegt und das Wasserbindevermögen des zu erhaltenden Wasserbinders größer 4,0 g/g, vorzugsweise größer 5 g/g beträgt.

Das beschriebene Verfahren ist neben der Verarbeitung von Lupinensamen auch für andere protein- und öl- oder stärkehaltige Saaten einsetzbar, wie Raps, Leinsaat oder Leguminosen, insbesondere Sojabohnen, Erdnuß, Erbsen und Ackerbohnen.

Kurze Beschreibung der Figuren

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsge dankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch. Es zeigen:

Fig. 1, 2 Prozeßschema zur Entölung und Entbitterung von alkaloidhaltigem Lupinensamen.

Kurze Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 sind schematisch die ersten 3 Prozeßschritte in Blockdarstellung dargestellt. Im ersten Prozeßschritt 100 werden die Lupinensamen vorbereitet, im zweiten Pro zeßschritt 200 erfolgt die Entölung, im dritten Prozeßschritt 300 findet die Entbitte rung statt.

Ausgangspunkt des Verfahrens ist der Rohstoff Lupinensamen, der im Rahmen einer Vorbehandlung zerkleinert und geschält wird. Die auf diese Weise vereinzelten Lupi nensamen werden nachfolgend vorzugsweise im Rahmen eines Walzvorganges flockiert, d. h. die Lupinensamen werden zu Samenbruchstücken verpreßt, die typi scherweise eine Scheibchendicke zwischen 300 und 400 µm aufweisen. Die für den Walzvorgang eingesetzte Flockierwalz wird gekühlt, um nicht zuletzt den Zerkleine rungsvorgang effektiver zu gestalten.

ach der Zerkleinerung gelangen die Flocken in eine Wärmepfanne, in der sie einer indirekten Wärmebehandlung unterzogen werden. Durch diesen thermischen Wär meeintrag werden einerseits zwar die saateigenen Enzyme inaktiviert, andererseits werden die nativen Eigenschaften der Proteine weitestgehend erhalten, wodurch spätere enzymatische Fettoxidationen, die zu ranzigen Geschmacken führen wür den, ausgeschlossen werden können. Der in Flockenform gebrachte Lupinensamen, der überdies enzymatisch inaktiviert worden ist, wird nun einem nachfolgenden En tölungsprozeß 200 zugeführt, indem die Flocken Hexan als Lösemittel ausgesetzt werden, wodurch jegliche lipophile Stoffe, wie beispielsweise Triglycerine und Rohle cithine, aber insbesondere lipophile Alkaloide, extrahiert werden können. Dies erfolgt typischerweise in einem Band- oder Karussellextrakteur. Die flüssige Phase wird ei ner Destillation unterzogen, in der zum einen das eingesetzte Lösemittel Hexan rückgewonnen wird und zur Wiederverwertung zur Verfügung steht, zum anderen kann das extrahierte Rohöl R in einem nicht in der Figur dargestellten weiteren Raffi nationsverfahren gereinigt werden. Unter Verwendung von Aceton können weiterhin die Rohlecithine weiter veredelt werden.

Die nach dem Extraktionsvorgang beider Entölung 200 anfallenden hexannassen, entölten Flocken werden auf möglichst schonende Weise vom Lösemittel abgetrennt, d. h. desolventisiert. Hierbei ist es besonders wesentlich, daß die Proteinlöslichkeit soweit als technisch möglich erhalten bleibt bzw. gezielt verändert werden kann. Unter wasserarmen Bedingungen werden hierzu die hexannassen Flocken desol ventisiert, beispielsweise unter Verwendung eines überhitzten Lösemittels.

Die auf diese Weise vorbehandelten, entölten flockenartigen Lupinensamen werden nun in einem Entbitterungsschritt 300 von jeglichen noch in den Lupinensamen ent haltenen Alkaloiden befreit. In ansich bekannter Weise erfolgt die Lupinenentbitte rung mehrstufig in einem wässrigen Entbitterungsprozeß, in dem die Alkaloidextrak tion kontinuierlich, quasi kontinuierlich oder absatzweise erfolgen kann, wie es in der Darstellung gemäß Fig. 1 gezeigt ist.

Zunächst werden die entölten Flocken in ein saures Medium eingebracht, in dem all jene Substanzen und insbesondere Alkaloide gelöst werden, die in einem sauren Medium löslich sind. Die auf diese Weise behandelten Flocken gelangen anschlie ßend gemäß Fig. 2 zur Proteinextraktion 400, in der die Flocken beispielsweise wie derholt einem alkalischen Medium ausgesetzt werden, indem eine Fraktionierung zwischen Raffinat und Proteinextrakten erfolgt. Aus dem Proteinextrakt kann in sau ren Medien eine Proteinfällung durchgeführt werden. Die bei der Proteinfällung an fallende Molke, deren pH-Wert dem sauren Medium zur Entbitterung der Lupinensa men im Rahmen der Entbitterungsstufe 300 entspricht, kann in einem geschlossenen Kreislauf dem Entbitterungsprozeß 300 wieder zugeführt werden.

Der proteinreduzierte Rückstand wird als Stoffstrom zur Ballaststoffaufbereitung zum Erhalt eines Raffinats im Bereich der Ballaststoffaufbereitung 600, in der die Flocken durch entsprechenden Säureeintrag neutralisiert und anschließend getrocknet. Zum anderen kann der beider Proteinfällung anfallende Proteinextrakt durch entspre chendes Neutralisieren unter Zugabe alkalischer Medien und nachfolgender Trocknung unmittelbar zum Proteinprodukt führen. Alternativ können Teile des Pro teinextraktes im Prozeßschritt 500 durch entsprechende thermische Wärmebehand lung bzw. gezielte Applikation von Hochfrequenzfeldern in ihren funktionellen Eigen schaften modifiziert werden und auf diese Weise nach erfolgter Trocknung zu einem veredelten Proteinprodukt führen.

Neben dem Erhalt der Produkte des Raffinats, das den Ballaststoffen entspricht, so wie den Proteinprodukten, können dem Entbitterungsprozeß auch gezielt Bitterstof fextrakte abgewonnen werden, die im Rahmen einer Bitterextraktaufbereitung 700 beispielsweise als bitterstoffhaltiges Extrakt anfallen. Hierzu werden dem Entbitte rungsprozeß 300 gezielt Bitterextrakte entnommen, die nach entsprechenden Be handlungsschritten, wie beispielsweise Feinstoffabtrennung, Neutralisierungs- und Eindampfvorgang zu dem Endprodukt führen.

Es besteht auch die Möglichkeit, dem bitterstoffhaltigen Extrakt mit den in Prozeß schritt 100 abgetrennten Schalen zu vermischen. Das so hergestellte, auf Schalen fixierte Extrakt kann anschließend getrocknet werden.

Der wesentliche Aspekt des vorgestellten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Be handlung und Verarbeitung alkaloid-, öl- und proteinhaltiger Lupinensamen besteht darin, daß die im Rahmen des Entwicklungsprozesses sehr schlecht zu extrahieren den lipophilen Alkaloide bereits in einem vorgeschalteten Entölungsvorganges den Lupidsamen entzögen worden sind. Auf diese Weise kann weitgehend vollständig ausgeschlossen werden, daß in den am Ende des Verfahrens gewonnenen Produk ten Alkaloide vorhanden sind. Ebenso trägt erfindungsgemäß die Zerkleinerung der Lupinensamen in Flockenform dazu bei, daß zum einen die in den Lupidsamen ent haltenen Bitterstoffe vollständig aus dem Samen entweichen können, zum anderen ist eine technisch leichte Trennbarkeit zwischen flüssiger und fester Phase leicht möglich. Zudem ist das Extrahierverhalten der Alkaloide in wäßrigen Systemen durch die Entfernung der lipophilen Saatbestandteile erheblich verbessert. Dies wirkt sich insbesondere auf die notwendigen Verweilzeiten in den verschiedenen Extraktions stufen aus.

BEZUGSZEICHENLISTE

100

Samenvorbehandlung, Flockierung, Inaktivierung

200

Entölung

300

Entbitterung

400

Proteingewinnung

500

Proteinveredlung

600

Raffinataufbereitung

700

Bitterstoffaufbereitung

Claims

1. Verfahren zur Behandlung und Verarbeitung alkaloid-, öl- und proteinhaltiger Lupinensamen zur Gewinnung von Produkten aus den Lupinensamen mittels ge zielter Fraktionierung, wobei der zerkleinerte Lupinensamen mittels Eintrag eines Lösungsmittels entölt und der Rückstand unter Zusatz von Säure von im Sauren lös lichen Stoffen, vorzugsweise von Alkaloiden, abgereichert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Lupinensamen in scheibchenförmige Flocken derart zerkleinert und/oder verformt werden, daß die Zerkleinerung der Pflanzensa men nach erfolgtem Vorbrechen der den Pflanzensamen enthaltenen geschälten oder ungeschälten Saat mittels einer gekühlten Flockierwalze durchgeführt wird, und durch indirekten Wärmeeintrag unter weitgehendem Ausschluß von Wasser er hitzt werden und nach der Entölung die Abreicherung von im Sauren löslichen Stof fen, vorzugsweise von Alkaloiden, der Flocken durch eine wäßrige Extraktion erfolgt, wobei ein alkaloidreduziertes Raffinat und ein wäßriges Extrakt erhalten werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerkleinerung der Pflanzensamen nach erfolgtem Vorbrechen der den Pflanzensamen enthaltenen geschälten oder ungeschälten Saat mittels einer Flockierwalze durchgeführt wird, wobei die Flockierwalze gekühlt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lupinensamen vor der Zerkleinerung und/oder Verformung nach Form und Größe sortiert und nachfolgend geschält werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schälvorgang nach einem sogenannten Kaltver fahren erfolgt, bei dem die Lupinensamen halbiert und von den Schalen getrennt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flockierwalz auf eine Temperatur gekühlt wird, die unter der Denaturierungstemperatur der Lupinenproteine liegt, vorzugsweise un ter 35°C.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die scheibchenförmigen Flocken eine Scheibchendik ke von weniger 1 mm, vorzugsweise 200-400 µm aufweisen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der indirekte Wärmeeintrag mittels einer Wärmepfan ne erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch den indirekten Wärmeeintrag saateigene En zyme inaktiviert werden, wobei die Proteine ihre nativen Eigenschaften weitestge hend beibehalten.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß beider Entölung Ethanol als Lösemittel eingesetzt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösemittel zur Entölung der scheibchenförmigen Flocken technisches Hexan, Pentan, Hexan, Heptan oder überkritisches CO₂ ver wendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Entölung mit einer mechanischen Ölabtrennung mit Pressen oder mit einer Entölung mit Ethanol-Wasser-Gemischen unter Anwen dung von Zentrifugaltechniken kombiniert wird.

12. . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die entölten scheibchenförmigen Flocken desolventi siert werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Desolventisierung unter wasserarmen oder was serfreien Bedingungen durchgeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Desolventisierung mit einem überhitzten Löse mittel durchgeführt wird, das vorzugsweise Hexan oder technisches Hexan ist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der indirekte Wärmeeintrag in die bereits entölten Flocken mittels einer Wärmepfanne erfolgt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölgehalt in den entölten und desolventisierten Flocken bezogen auf den Trockensubstanzgehalt kleiner 2%, vorzugsweise kleiner 1% beträgt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die entölten und desolventisierten Flocken einem Entbitterungsprozeß zugeführt werden, der folgende zwei Verfahrenstufen vorsieht:

- in einer ersten Verfahrensstufe werden die Flocken in ein wässrig saures Medium eingebracht zum Abtrennen von im sauren Medium löslichen Substanzen zum Erhalt eines wäßrigen sauren Extraktes sowie eines sauerunlöslichen Raffinates,
- in einer zweiten Verfahrensstufe wird das sauerunlösliche Raffinat in ein wässrig alkalisches Medium eingebracht zum Erhalt von wäßrigen Extrakten sowie von alkalisch und sauerunlöslichen Raffinaten.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß den entölten und desolventisierten Flocken Schalen zugegeben wird, die zusammen mit den Flocken einem Entbitterungsprozeß zuge führt werden, der folgende zwei Verfahrenstufen vorsieht:

- in einer ersten Verfahrensstufe werden die Flocken mit den Schalen in ein wäss rig saures Medium eingebracht zum Abtrennen von im sauren Medium löslichen Substanzen zum Erhalt eines wäßrigen sauren Extraktes sowie eines sauerun löslichen Raffinates,
- in einer zweiten Verfahrensstufe wird das sauerunlösliche Raffinat in ein wässrig alkalisches Medium eingebracht zum Erhalt von wäßrigen Extrakten sowie von alkalisch und sauerunlöslichen Raffinaten.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalen vor Zugabe zu den Flocken gemahlen werden, vorzugsweise auf eine Partikelgrößer kleiner 5 mm.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das wässrig saure Medium in der ersten Verfahrens stufe eine Temperatur kleiner Raumtemperatur aufweist.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung des wäßrigen Extraktes von dem sauerunlöslichen Raffinats zentrifugal mittels eines Dekanters durchgeführt wird, und daß der Dekanter gekühlt, und im Bereich des Feststofffängers mit Wasser oder dem Extrakt gespült wird.

22. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Verfahrensschritt die Temperatur bei der Extraktion im wäßrigen alkalischen Medium höher als Raumtemperatur ist, vorzugs weise zwischen 35°C und 45°C liegt.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verfahrensstufe in einem mehrstufig, wäss rig saurem Prozeß erfolgt, daß in einem Prozeßschritt zur Einstellung eines Verhältnisses zwischen sauerunlös üchem Raffinat und wäßrigem Extrakt von kleiner als 10 : 1 ein Teil des wäßrigen Ex traktes des unmittelbar darauffolgenden Prozeßschrittes zugemischt wird.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einstellen eines Verhältnisses zwischen saue runlösüchem Raffinat und wäßrigem Extrakt von größer als 10 : 1 innerhalb des un mittelbar darauffolgenden Prozeßschrittes ein Teil dieses wäßrigen Extraktes ausge schleust wird.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhalt eines Produktes aus dem wäßrigen sau ren Extrakt eine Feinstoffabtrennung per Seperator durchgeführt wird, sodaß ein Produkt erhalten wird, das einen Trockensubstanzgehalt von wenigstens 10%, vor zugsweise größer 16% aufweist, einen Proteingehalt in der Trockensubstanz von, größer 70%, vorzugsweise größer 85% und einen Alkaloidgehalt von kleiner 0,5% vorzugsweise 0,1% in der Trockensubstanz aufweist.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinstoffabtrennung per Seperator innerhalb der ersten Verfahrensstufe stattfindet, die mehrere, wässrig saure Prozeßschritte umfaßt, und daß die Feinstoffabtrennung nach dem ersten oder einem diesem nachgeord neten Prozeßschritt erfolgt.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der wäßrige Extraktionsprozeß einen geschlossenen Kreislauf aufweist, der folgende Prozeßstufen vorsieht:

- die entölten Flocken werden bei einem pH-Wert von ca. 3,5-5,5 zur Abschei dung von im Sauren löslichen. Stoffen, vorzugsweise von Alkaloiden in Wasser suspendiert,

- zur Proteingewinnung werden die suspendierten Flocken, der sogenannte Protei nextrakt, mit einer Lauge bei einem pH-Wert zwischen 7,0-8,5 vermengt, die Suspension wird mittels eines Dekanters in Raffinat und Proteinextrakt ge trennt,
- dem Proteinextrakt wird wieder ein saures Medium zugeführt, so daß eine Frak tionierung von Molke und Proteinquark erhalten wird, und
- die Molke wird vollständig wieder den vorextrahierten Flocken bei einem pH-Wert von ca. 3,5-5,5 zugeführt.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Proteingewinnung in mehreren pH-Stufen erfolgt und so eine Proteinfraktionierung stattfindet.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 und 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Raffinat einen Proteingehalt kleiner 20% in Troc kensubstanz aufweist und der Ballaststoffgehalt größer 60% vorzugsweise 70% und der Gehalt an löslichen Kohlenhydraten unter 5% vorzugsweise unter 1% beträgt.

30. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, die Trennung von Molke und Proteinquark, der mehr als 85% Protein in der Trockensubstanz, vorzugsweise mehr als 90% Protein in der Trockensubstanz aufweist, mittels eines Dekanters erfolgt.

31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die gewonnene Molke mit einem Separator nachge klärt wird, anschließend thermisch behandelt und danach ein zweites mal in einem Separator geklärt wird.

32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die zweifach geklärte Molke dem Prozeß wieder zu geführt wird, wobei der gewonnene Feststoff bei der ersten Separation im Pro teinstrang weiterverarbeitet wird und der bei der zweiten Separation gewonnene Feststoff ausgeschleust wird.

33. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Raffinat nach oder während einer Trocknungs phase nach Partikelgrößen in mindestens 2, vorzugsweise 3 Fraktionen fraktioniert wird.

34. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Proteinquark nach Trocknung bei pH-Wert von etwa 7 und einer Temperatur von 20-30°C eine Proteindispersibilität (PDI = Protein Dispersibility Index) von 60-90% und ein Wasserbindungsvermögen von kleiner 2 g/g aufweist.

35. Verfahren nach Anspruch 27, 28, 30 und 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Proteinquark durch eine hydrothermische Be handlung zu einem Wasserbinder konfektioniert wird, wobei zur Trocknung des Pro teinquarks eine Temperatur von mehr als 65°C, vorzugsweise mehr als 85°C ange wendet wird und der Wassergehalt zu Beginn der Trocknung bei weniger als 85%, vorzugsweise weniger als 75% liegt und das Wasserbindevermögen des erhaltenen Wasserbinders größer 4,0 g/g, vorzugsweise größer 5,0 g/g beträgt.

36. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß aus Ballaststoffen und den gewonnenen Proteiniso laten Mischungen hergestellt werden, die einen Proteingehalt zwischen 20 und 70%, einen Ballaststoffgehalt zwischen 30 und. 80% aufweisen und ein Wasserbindever mögen größer 5 g/g, vorzugsweise größer 7 g/g aufweisen.

37. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die vor der Entölung abgetrennten Schalen mit dem bei pH-Werten von 3,5 bis 5,5 extrahierten alkaloidhaltigen wässrigem Extrakt ver mischt und getrocknet werden.

38. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß in diesem Verfahrten anstelle Lupinen auch andere protein- und öl- oder stärkehaltige Saaten eingesetzt werden, wie Raps, Leinsaat oder Leguminosen, insbesondere Sojabohnen, Erdnuß, Erbsen und Ackerbohnen.