DE60222405T2

DE60222405T2 - Verfahren zur verbesserung von proteinprodukten

Info

Publication number: DE60222405T2
Application number: DE60222405T
Authority: DE
Inventors: Johannes Leonardus Marchal; Henricus Martinus Nijssen; Elaine Rhonda Knott; Franciscus Antonius Krol
Original assignee: Cooperative Avebe UA
Current assignee: Cooperative Avebe UA
Priority date: 2001-06-08
Filing date: 2002-05-22
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2022-05-23
Also published as: DK1392126T3; DE60222405D1; EP1264545A1; US7972647B2; ATE372687T1; JP2004521643A; EP1392126A1; EP1392126B1; US20040175481A1; WO2002100187A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Proteinprodukts mit einer oder mehreren funktionellen Eigenschaften. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Produkt, das ein solches Proteinprodukt umfasst, und auf die Verwendung eines Proteinprodukts in einem Lebensmittel.
Die Proteine von pflanzlichem Material, wie Kartoffeln und anderen Pflanzen, die primär als Quelle für Stärke kultiviert werden, werden traditionell als Abfallprodukt angesehen. Solche Proteine können jedoch ökonomisch interessante Alternativen zu Proteinen tierischen Ursprungs sein, und ihre Nährqualität ist konkurrenzfähig.
Für die Gewinnung von Proteinen aus einem Saft, der während der Stärkeproduktion erzeugt wird, wird thermische Koagulation gewöhnlich als attraktives Verfahren angesehen, wenigstens unter industriellen Gesichtspunkten. In "Ernährung Band 2, Nr. 9, 1978, von Knorr und Steyrer" ist ein Verfahren beschrieben, bei dem Proteine aus einem angesäuerten Saft gewonnen werden, der auf eine Temperatur von ungefähr 98–99°C erhitzt wird. Danach wird die Proteinfraktion durch Zentrifugation konzentriert. Dann wird der pH-Wert der Fraktion auf pH 7 eingestellt, und danach wird das Produkt durch Gefriertrocknen, Sprühtrocknen oder Trommeltrocknen getrocknet. Es zeigte sich, dass die Wasserbindungseigenschaften in einem Kartoffelproteinkonzentrat, das gefriergetrocknet wurde, am wenigstens reduziert waren.
In "Lebensm. Wiss. u. Technol. 13, 297–301 (1980)" berichtet Knorr von der Wirkung des pH-Werts vor dem Trocknen auf die Wasserbindungseigenschaften eines Kartoffelproteinprodukts, das durch saure und thermische Koagulation erhalten wurde. Der pH-Wert des Proteinkoagulats wird vor einem Trocknungs schritt auf pH 7 neutralisiert. Das neutralisierte Proteinkoagulat wird gefriergetrocknet oder sprühgetrocknet und gemahlen. Die Veröffentlichung zeigt Wasserbindungseigenschaften der resultierenden Proteinprodukte im Bereich von pH 5–7. Je nach dem genauen Verfahren variierte die Wirkung des pH-Werts von einer marginalen Zunahme bis zu einer beträchtlichen Abnahme der Wasserbindungskapazität. Die Ergebnisse zeigen keinen Trend einer bestimmten Abhängigkeit der Wasserbindungskapazität vom pH-Wert an, so dass es nicht möglich ist, eine Wirkung des pH-Werts auf die Wasserbindung eines Proteinprodukts vorherzusagen. Soweit eine Verbesserung erreicht werden kann, ist eine solche Verbesserung nicht ausreichend, insbesondere nicht für anspruchsvolle Anwendungen.
In Lebensm. Wiss. u. Technol. Band 5 (1972), Nr. 1, S. 24–29, berichtet A.M. Hermanson über Nahrungsquellungseigenschaften von drei Proteinprodukten. Die Proteinprodukte haben eine Löslichkeit in Wasser von 55–90 Gew.-% und ergeben in Wasser einen neutralen pH-Wert (6,5–7,4). Eine 10%ige Dispersion jedes Proteinprodukts in einer wässrigen Lösung gelierte beim Erhitzen der Dispersionen während 30 min, nachdem die Dispersionen in Dosen versiegelt wurden. Danach wurden die Proben in einem Eisbad gekühlt. Die Wirkung des pH-Werts wird unter Verwendung einer wässrigen Pufferlösung gezeigt, die Glycin-NaOH oder Kaliumhydrogenphthalat-NaOH umfasste. Natriumcaseinat zeigte mit zunehmendem pH-Wert eine viel stärkere Zunahme der Flüssigkeitsaufnahme als Sojaproteinisolat oder Molkeproteinisolat. Bei dem Sojaproteinisolat stand das Quellverhalten mit einer hohen Viskosität im Einklang, während das Molkeproteinprodukt, das eine viel niedrigere Viskosität hatte, sein Wasser nicht behielt, wenn es gepresst wurde. Weiterhin wurde berichtet, dass eine höhere Ionenstärke das Quellen negativ beeinflusste, insbesondere bei der Sojabohne.
Gemäß WO 97/42834 bewirkt eine thermische Koagulation von Proteinen aus Kartoffelsaft die Denaturierung der Proteine, und folglich verlieren die Proteine ihre funktionellen Eigenschaften, d.h. es gibt einen Verlust der Emulgierfähigkeit, der Schäumungsfähigkeit, der Thermogelierungsfähigkeit und der Wasserbin dungskapazität. Nicht einmal die wesentlichste Anforderung ihrer Anwendung in der Nahrungsindustrie, die Löslichkeit in Wasser, kann erfüllt werden. Daher wird in WO 97/42834 vorgeschlagen, Proteine unter nichtdenaturierenden Bedingungen aus Kartoffelsaft zu gewinnen. Dies wird durch Konzentrieren des Proteins erreicht, indem man den Saft anschließend einer Scheibenstapelzentrifugation, Ultrafiltration, Diafiltration und gegebenenfalls Gefriertrocknen unterzieht. Ein solches Verfahren ist jedoch aufwändig und relativ teuer, und es müssen spezielle Vorkehrungen in Bezug auf die Temperatur getroffen werden, um eine Denaturierung zu vermeiden. Außerdem kann ein Verfahren, das sich der Ultrafiltration und dergleichen bedient, nachteilig in Bezug auf die mikrobiologische Kontrollierbarkeit sein.
In "Lebensm. Wiss. u. Technol. 33, 380–387 (2000)," berichten Ralet und Guéguen über die emulgierenden Eigenschaften von isolierten Fraktionen von Kartoffelproteinen und fanden heraus, dass die emulgierenden Eigenschaften einer 16–25-kDa-Fraktion nicht stark pH- oder ionenstärkeabhängig zu sein schien.
In GB-A 1 544 812 , DE-A-199 07 725 und in Finley und Hautala in "Fond Product Development 10(3), S. 93–93 (1976)," wird beschrieben, wie Kartoffelproteine aus Abfallströmen der Kartoffelverarbeitung gewonnen werden können, doch keines dieser Dokumente lehrt, dass die Eigenschaften der Proteine durch eine pH-Behandlung in irgendeiner Weise verbessert werden können.
JP(A) 08140585 beschreibt die Isolierung von Kartoffelproteinen durch thermische Koagulation und Hydrolyse der resultierenden Dispersion von thermisch koaguliertem Protein mit Protease.
US 4,144,355 beschreibt ein Verfahren zum Abtrennen von festen pflanzlichen Abfällen aus einer wässrigen Aufschlämmung von pflanzlichem Abfallmaterial.
Der Verlust von funktionellen Eigenschaften eines Proteinprodukts ist bei vielen Anwendungen unerwünscht. Der Verlust von Wasserbindungs- oder Fettbin dungsfähigkeiten eines Proteinprodukts kann zum Beispiel die Verwendung eines Proteinprodukts in einem Lebensmittel weniger attraktiv machen, da hohe Wasser- und/oder Fettbindungseigenschaften dazu beitragen können, die Gerinnung oder eine andere Form der Phasentrennung bei einem Lebensmittel zu vermeiden. Selbst wenn die Wasserbindungs- oder Fettbindungsfähigkeiten befriedigend sind, ergeben mehrere bekannte Produkte einen unerwünschten Geschmack oder Geruch, wenn sie weiterverarbeitet werden, so dass sie für Nahrungsanwendungen weniger geeignet sind. Zu den weiteren Nachteilen von bekannten Proteinprodukten gehören der Preis der Rohstoffe und eine hohe Viskosität.
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein ökonomisch attraktives Verfahren anzugeben, das die Produktion eines Proteinprodukts mit befriedigenden funktionellen Eigenschaften ermöglicht. Es ist weiterhin ein Ziel der Erfindung, eine oder mehrere funktionelle Eigenschaften eines pflanzlichen Proteinprodukts im Vergleich zu Produkten des Standes der Technik zu verbessern.
Es hat sich gezeigt, dass eine oder mehrere funktionelle Eigenschaften eines pflanzlichen Proteinprodukts, das ein oder mehrere Proteine umfasst, die aus einer Wurzel oder Knolle stammen, welche üblicherweise für die Stärkeproduktion verwendet wird, verbessert werden können, indem man den pH-Wert eines Proteinprodukts auf einen Wert von über 7 einstellt.
Dementsprechend bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Behandlung eines pflanzlichen Proteinprodukts, wobei das Verfahren das Einstellen des pH-Werts eines Proteinprodukts auf einen Wert zwischen 8 und 10,5 umfasst, wobei das Proteinprodukt während der pH-Einstellung ein Kuchen oder eine Paste ist oder in einer halbtrockenen Form vorliegt und wobei die Behandlung zur Verbesserung von einer oder mehreren funktionellen Eigenschaften des Proteinprodukts führt.
Im Gegensatz zur pH-Behandlung, um ein Proteinprodukt weniger sauer bis neutral zu machen, besteht eine überraschend positive Beziehung zwischen einer oder mehreren funktionellen Eigenschaften und dem pH-Wert, wenn ein Proteinprodukt auf einen alkalischen pH-Wert gebracht wird.
Es hat sich gezeigt, dass ein Verfahren gemäß der Erfindung zu einem Produkt mit sehr befriedigenden funktionellen Eigenschaften führt. Insbesondere kann ein Verfahren gemäß der Erfindung so ausgeführt werden, dass man ein Produkt herstellt, bei dem eine oder mehrere funktionelle Eigenschaften auf einem überraschend hohen Niveau bleiben, auch wenn das Proteinprodukt in einem Lebensmittel verarbeitet wird, dessen pH-Wert sich erheblich von dem pH-Wert des Proteinprodukts unterscheidet.
Es hat sich gezeigt, dass ein Verfahren gemäß der Erfindung besonders gut geeignet ist, um ein Proteinprodukt zu erhalten, bei dem die Wasserbindungs- und/oder Fettbindungseigenschaften verbessert sind. Ein Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht die Herstellung eines Proteinprodukts mit hochgradig wünschenswerten neutralen Geschmacks-, Mundgefühl- und/oder Geruchsmerkmalen. Das erhaltene Produkt kann im Vergleich zu einigen herkömmlicherweise erhaltenen Proteinprodukten, die aus Pflanzenmaterial stammen, wie kommerziell erhältlichem Sojaprotein, eine relativ niedrige Viskosität haben. Eine niedrigere Viskosität ist vorteilhaft, da sie die Weiterverarbeitung erleichtert. Weiterhin braucht ein Proteinprodukt, das gemäß einem Verfahren der vorliegenden Erfindung erhältlich ist, vor seiner Verwendung nicht hydratisiert zu werden.
Es ist weiterhin ein Vorteil der Erfindung, dass sie ein attraktives Verfahren für die industrielle Anwendung, sowohl aus ökonomischen als auch aus technischen Gründen, angibt. Es ist kein spezielles Gerät erforderlich, und das Verfahren kann innerhalb einer begrenzten Verarbeitungszeit durchgeführt werden.
Ein pflanzliches Proteinprodukt, von dem eine oder mehrere funktionelle Eigenschaften gemäß der Erfindung verbessert werden können, kann aus verschiedenen natürlichen Quellen, wie Gluten, Erbsen, Reis und dergleichen, stammen. Vorzugsweise umfasst das pflanzliche Proteinprodukt ein oder mehrere Proteine, die aus einer Wurzel oder Knolle stammen, welche üblicherweise für die Stärkeproduktion verwendet wird. Mit anderen Worten, eine Wurzel oder Knolle, welche üblicherweise bei der Stärkeproduktion verarbeitet wird, wird gemäß der Erfindung als Proteinquelle verwendet. Mit noch anderen Worten, ein pflanzliches Proteinprodukt umfasst ein oder mehrere Proteine, die aus einer Wurzel oder Knolle einer Pflanze stammen, die aus der Gruppe von Pflanzen ausgewählt ist, die aus Knollenpflanzen und Wurzelpflanzen, die als Quelle für Stärke geeignet sind, besteht. Dieses eine oder die mehreren Proteine können zum Beispiel aus der Flüssigkeit stammen, die bei einem Verfahren zur Herstellung eines Stärkeprodukts aus einer Knolle oder Wurzel entsteht.
Ein Verfahren gemäß der Erfindung ist besonders gut für die Behandlung eines Proteinprodukts geeignet, das ein oder mehrere Proteine aus Kartoffel, Waxy-Kartoffel (z.B. Kartoffel, deren Stärkegehalt 95–100% Amylopektin umfasst), Pfeilwurz, Kassava (Tapioka), Waxy-Kassava (Tapioka mit hohem Amylopektingehalt), Süßkartoffel, Yam und/oder Taro umfasst. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Proteinprodukt ein Kartoffelproteinprodukt.
Ein Verfahren gemäß der Erfindung kann auch unter Verwendung eines Proteinprodukts eingesetzt werden, das von einem Gras, zum Beispiel Weizen oder Reis einschließlich ihrer amylopektinreichen Sorten, erhalten wird. Es kann die ganze Pflanze oder ein Teil davon, zum Beispiel Wurzeln, Stängel, Blätter oder Körner, verwendet werden.
Es hat sich gezeigt, dass ein Verfahren gemäß der Erfindung besonders gut für Proteinprodukte, bei denen der Großteil der Proteine einen isoelektrischen Punkt von unter pH 6,5, vorzugsweise im Bereich von etwa pH 4 bis 6, hat, und für Proteine mit einer relativ geringen Löslichkeit in Wasser, zum Beispiel unter 50 Gew.-% oder sogar unter 25–20 Gew.-%, geeignet ist.
Unter anderem unter ökonomischen Gesichtspunkten gibt die vorliegende Erfindung ein Verfahren an, das sehr attraktiv ist, um ein Proteinprodukt aus einer Kartoffel, Mais, Tapioka oder einem anderen Rohstoff für die Stärkeproduk tion zu behandeln, da die Proteinfraktion einer solchen Quelle traditionell als Abfallprodukt angesehen wird. Kartoffelprotein wird zum Beispiel als Nebenprodukt bei der Gewinnung von Kartoffelstärke aus Kartoffeln erhalten. Bei der Herstellung von Kartoffelstärke mit Hilfe von mechanischen Trenntechniken wird die Kartoffel zu Kartoffelstärke, Kartoffelpülpe und Kartoffelsaft verarbeitet. Im Kartoffelsaft sind die Kartoffelproteine im gelösten Zustand vorhanden.
Das Proteinprodukt kann im Wesentlichen aus Proteinen bestehen, aber es ist auch möglich, dass es Komponenten aus der Pflanze umfasst, aus der das Proteinprodukt erhalten wird. Es ist auch möglich, ein Verfahren gemäß der Erfindung mit einem Proteinprodukt durchzuführen, dem eine oder mehrere Komponenten hinzugefügt wurden. Insbesondere kann ein Proteinprodukt eine oder mehrere Verbindungen umfassen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Lipiden, Kohlenhydraten einschließlich Stärken, Zuckern, Cellulosen und modifizierten Kohlenhydraten und/oder Salzen besteht.
Ein Proteinprodukt kann Fasern, wie Kartoffelfasern und/oder Grasfasern, umfassen. Solche Fasern können native oder modifizierte Fasern sein. Der Ausdruck "modifiziert" oder "derivatisiert" ist hier definiert als chemisch, physikalisch, enzymatisch oder in anderer Weise behandelt. Die Anwesenheit von Fasern in einem Proteinprodukt kann dabei helfen, Wasser- und Fettbindungseigenschaften des Proteinprodukts zu verbessern. Die Fasern können zum Beispiel in Form einer Kartoffelfraktion, die Stärke (z.B. ungefähr 85%) und Fasern (z.B. etwa 10%) hinzugefügt werden. Solche Fasern können Wasser, Cellulose, Pektin, Stärke, Hemicellulose, Glycoproteine und Lignin enthalten.
Das Proteinprodukt kann ein kommerziell erhältliches Proteinprodukt sein, zum Beispiel Protastar (Avebe) oder Cassavaprotein. Ein Proteinprodukt kann auch in irgendeiner anderen Weise erhalten werden, zum Beispiel durch saure Denaturierung oder durch thermische Koagulation, wie es zum Beispiel in US 6,187,367 offenbart ist. Ultrafiltration, wie sie zum Beispiel in WO 97/42834 beschrieben ist, ist ebenfalls geeignet, um ein Proteinprodukt zu erhalten, das gemäß der Erfindung behandelt werden kann. Sehr gute Ergebnisse wurden mit einem Proteinprodukt erreicht, das unter Verwendung eines Verfahrens, wie es in WO 97/03571 offenbart ist, erhalten wurde.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Proteinprodukt durch thermische Koagulation aus Pflanzenmaterial isoliert. Thermische Koagulation bietet mehrere verfahrenstechnische Vorteile, wie die Einfachheit des Verfahrens und die Leichtigkeit der Abtrennung des Proteinprodukts von dem Rohmaterial. Die thermische Koagulation hat auch eine günstige Wirkung auf mehrere qualitative Parameter des Proteinprodukts, wie die mikrobiologische Qualität, die Inaktivierung von Enzymen und der Verlust von Anti-Nährstoff-Faktoren (zum Beispiel durch Abbau), wie Trypsin-Inhibitoren.
Ein besonders bevorzugtes thermisches Koagulationsverfahren ist ein Verfahren, bei dem der Saft einer Pflanze oder eines Teils davon, zum Beispiel Kartoffelsaft, einer Säure- oder Wärmebehandlung oder einer Kombination davon unterzogen wird. Die für die thermische Koagulation verwendeten Temperaturen können 23 bis 140°C betragen. Besonders bevorzugt sind Temperaturen zwischen 75 und 120°C, und ganz besonders bevorzugt sind Temperaturen zwischen 95 und 110°C. Die Temperatur kann zum Beispiel durch direkte Dampfinjektion oder mit Hilfe eines Wärmetauschers erhöht werden. Der pH-Wert kann irgendwo im Bereich von 1–8 liegen. Vorzugsweise liegt der pH-Wert zwischen 3,5 und 6,2, und besonders bevorzugt liegt der pH-Wert etwa am isoelektrischen Punkt des Großteils der Kartoffelproteine (bei Kartoffeln gewöhnlich um pH 5).
Das so koagulierte flockende Proteinmaterial kann durch einen Filter, Separator, Dekanter oder dergleichen von der flüssigen Phase abgetrennt werden, was einen abgetrennten feuchten Kartoffelkuchen ergibt, der anschließend teilweise oder vollständig getrocknet werden kann.
Ein koaguliertes Proteinprodukt, zum Beispiel ein Kartoffelproteinprodukt, kann Kontaminanten in Form von Glycoalkaloiden, wasserunlöslichen Polymeren des Melanintyps und aromabildenden Substanzen enthalten. Glycoalkaloide bestehen aus Kohlenhydraten, die glycosidisch mit einem basischen Aglycon verknüpft sind. In Kartoffelproteinprodukten sind Solanin und Chaconin die wichtigsten Glycoalkaloide. Die Gesamtmenge an Glycoalkaloiden (TGA) in den thermisch koagulierten ungereinigten Kartoffelproteinprodukten kann zwischen 500 und 5000 mg/kg (bezogen auf die Trockensubstanz) variieren. Es ist bekannt, dass Glycoalkaloide nach Verzehr durch Mensch oder Tier zu Vergiftungssymptomen führen können. Das Glycoalkaloid Solanin besitzt aufgrund seiner Cholin-Esterase-hemmenden Wirkung im Zentralnervensystem eine direkte Toxizität. Außerdem hat Solanin einen bitteren Geschmack und gibt nach Verzehr ein brennendes Gefühl. Um die Menge der Glycoalkaloide, unerwünschten aromatischen und aromabildenden Substanzen zu reduzieren, kann das Kartoffelprotein durch eine Säurebehandlung, mit Hilfe einer organischen Extraktion oder einer Kombination von beiden gewaschen werden. In einer bevorzugten Ausführungsform findet die Säurebehandlung in einem mitlaufenden Verfahren statt, und danach folgt die pH-Einstellung, die durchgeführt wird, um eine oder mehrere funktionelle Eigenschaften des Proteinprodukts zu verbessern.
Es hat sich gezeigt, dass Lösungen, die eine oder mehrere anorganische Säuren, zum Beispiel Salzsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure, Schwefelsäure, umfassen, sehr gut als Waschlösung geeignet sind, um Glycoalkaloide und dergleichen aus einem Proteinmaterial zu entfernen. Das resultierende Proteinprodukt ist besonders gut für den menschlichen Verzehr geeignet.
Obwohl das so produzierte Protein im Prinzip für den menschlichen oder tierischen Verzehr geeignet ist, können Eigenschaften wie Geschmack, Mundgefühl, Wasser- und Fettbindungskapazität durch eine pH-Behandlung mit einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verbessert werden.
In einem Verfahren der Erfindung wird der pH-Wert des Proteinprodukts auf einen pH-Wert von wenigstens etwa 8 eingestellt. Sehr gute Ergebnisse wurden auch mit einem Verfahren erreicht, bei dem das Proteinprodukt auf einen pH-Wert von etwa 8,2 oder mehr eingestellt wurde. Es hat sich gezeigt, dass ein Produkt, das aus einem dieser Verfahren resultiert, zu besonders stark verbesserten sensorischen Eigenschaften (wie Mundgefühl und Geschmack), niedriger Viskosität, hohen Wasserbindungs- und/oder Fettbindungseigenschaften führt. Ein so erhaltenes Produkt kann auch weiterverarbeitet werden, ohne dass das Produkt befeuchtet werden muss. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird der pH-Wert unter 10,5, besonders bevorzugt unter 9,5 gehalten.
Die Einstellung des pH-Werts kann sehr bequem in irgendeiner bekannten Weise erreicht werden, wie durch Zugabe einer organischen oder anorganischen Base. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der pH-Wert eingestellt, indem man wenigstens eine anorganische Base hinzufügt. Sehr gute Ergebnisse wurden mit einer oder mehreren Basen erreicht, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus den Alkalimetall- und Erdalkalimetallsalzen von Hydroxid, Carbonat, Hydrogencarbonat, Phosphat, Monohydrogenphosphat usw. besteht. Bevorzugte Alkalimetall- und Erdalkalimetall-Struktureinheiten sind Natrium, Calcium, Magnesium und/oder Kalium. Sehr gute Ergebnisse wurden mit Natriumhydroxid als Base für die Einstellung des pH-Werts erreicht.
Die Base kann in beliebiger Weise zu dem Proteinprodukt gegeben werden. Die Form des Proteinprodukts, das gemäß der Erfindung behandelt werden soll, kann von früheren Verfahren abhängen, denen das Produkt unterzogen wurde, zum Beispiel das Verfahren zur Isolierung des Produkts und die Weiterverarbeitung danach.
Eine pH-Behandlung gemäß der Erfindung kann an einem ganz oder partiell getrockneten koagulierten Proteinprodukt durchgeführt werden, ohne dass das Proteinprodukt zuerst hydratisiert werden muss. Das Verfahren kann also unter Bedingungen durchgeführt werden, bei denen das Protein nicht oder nicht vollständig solubilisiert ist. Vorzugsweise wird der Trockensubstanzgehalt im Bereich von 5–99 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 10–50 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 20–40 Gew.-% gewählt.
Während das Proteinprodukt ein Kuchen oder eine Paste ist oder in halbtrockener Form (z.B. als Pulver) vorliegt, kann die Base in Wasser gelöst und tropfenweise oder durch Sprühen auf den Kuchen, die Paste oder die halbtrockene Form aufgelöst werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Base zu einem dekanterartigen Kuchen gegeben, kurz nachdem dieser gebildet wurde.
Die pH-Einstellung wird vorzugsweise durchgeführt, während das Proteinprodukt homogenisiert wird. Außerdem oder alternativ dazu kann das Proteinprodukt auch nach der pH-Einstellung homogenisiert werden. Die Homogenisierung kann in irgendeiner bekannten Weise durchgeführt werden, wie etwa durch Rühren, Bewegen, Mischen oder Kneten. Die Homogenisierung führt nicht nur zu einem sehr gleichmäßigen Produkt, sondern trägt auch zur Verhinderung der Bildung von schwarzen Flecken oder harten Teilchen bei.
Die Temperatur während der pH-Einstellung ist nicht besonders entscheidend und wird vorzugsweise im Bereich von 0 bis 100°C gewählt. Besonders gute Ergebnisse wurden bei einer Temperatur im Bereich von etwa 10–30°C, zum Beispiel bei etwa 20°C, erreicht.
Nach der pH-Einstellung kann das Proteinprodukt weiterverarbeitet werden. Es kann zum Beispiel ganz oder teilweise getrocknet werden. Dies kann erfolgen, um eine gewünschte Lagergeständigkeit zu erreichen. Für viele Anwendungen liegt der Feuchtigkeitsgehalt im Bereich von etwa 0–20 Gew.-% Wasser (kg Wasser/(kg Wasser + kg Trockensubstanz)), zum Beispiel 10–15 Gew.-%. IN einer bevorzugten Ausführungsform wird das Proteinprodukt auf einen Wassergehalt von weniger als 12 Gew.-% getrocknet.
Das Trocknen kann durch jedes zur Entfernung von Wasser verfügbare Verfahren erfolgen, zum Beispiel Schnelltrocknen, Ringtrocknen, Sprühtrocknen, Wirbelbetttrocknen, Zeolithtrocknen oder eine Kombination davon.
Eine bevorzugte Art des Trocknens ist das Schnellringtrocknen. In einem besonders bevorzugten Schnellringtrocknungsverfahren wird die Einlasstemperatur im Bereich von etwa 120–400°C, besonders bevorzugt etwa 150–250°C, gewählt, und/oder die Auslasstemperatur wird im Bereich von 50–150°C, besonders bevorzugt etwa 70–130°C, gewählt. In einer ganz besonders bevor zugten Ausführungsform liegt die Einlasstemperatur im Bereich von 180–190°C, und die Auslasstemperatur liegt im Bereich von 65–85°C.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Proteinprodukt, das nach einem Verfahren gemäß der Erfindung erhältlich ist. Vorzugsweise hat ein Proteinprodukt, das nach einem Verfahren gemäß der Erfindung erhalten werden kann, verbesserte Wasserbindungseigenschaften und/oder verbesserte Fettbindungseigenschaften. Weiterhin hat ein Proteinprodukt gemäß der Erfindung bei verschiedenen pH-Werten eine sehr geringe Löslichkeit in Wasser. Insbesondere liegt bei einem pH-Wert im Bereich von 5–10 die Löslichkeit des Proteinprodukts in Wasser unter 5 Gew.-%, vorzugsweise unter 2,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Lösung.
Ein solches Proteinprodukt kann vorteilhafterweise in einer Vielzahl von Produkten verwendet werden, einschließlich Lebensmitteln für den tierischen oder menschlichen Verzehr, zum Beispiel in einem Snack-Produkt, einem Dosenfleischprodukt oder einem Fleischersatz. In einer anderen Ausführungsform hat ein Proteinprodukt gemäß der Erfindung verbesserte sensorische Eigenschaften, wie ein verbessertes Mundgefühl, Geruch und/oder Geschmack.
Ein Proteinprodukt gemäß der Erfindung kann zum Beispiel in einem Lebensmittel verwendet werden, um die Wasser- und/oder Fettretention des Lebensmittels zu verbessern. Das Fehlen eines unerwünschten Geruchs und Geschmacks, eine Viskosität, die eine leichte Handhabung erlaubt, und die Möglichkeit, ein Proteinprodukt gemäß der Erfindung zu verwenden, ohne es hydratisieren zu müssen, macht ein solches Produkt für die Verwendung in vielen Lebensmitteln sehr attraktiv.
Es hat sich gezeigt, dass ein Proteinprodukt unter verschiedenen Bedingungen zu einer solchen Verbesserung befähigt ist. Es ist zum Beispiel nicht notwendig, dass der pH-Wert des Lebensmittels ungefähr derselbe ist wie der pH-Wert des Proteinprodukts. Ein Proteinprodukt kann in überaus geeigneter Weise verwendet werden, um die Wasser- und/oder Fettretention eines Lebensmittels zu verbessern, wobei das Lebensmittel einen pH-Wert unter 7 hat. Es hat sich als möglich erwiesen, ein Lebensmittel mit einer oder mehreren überraschend guten Eigenschaften herzustellen, die erreicht wurden, indem man ein Proteinprodukt in einem Lebensmittel mit einem pH-Wert im Bereich pH 4–7 verwendet.
Dementsprechend bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf ein Lebensmittel, das ein Proteinprodukt gemäß der Erfindung umfasst. Es hat sich gezeigt, dass ein Lebensmittel gemäß der Erfindung eine überraschend gute Wasser- und/oder Fettretention hat, auch wenn es während einer beträchtlichen Zeit gelagert wird. Insbesondere hat sich gezeigt, dass die Wasserbindungs- und/oder Fettbindungseigenschaften eines Lebensmittels, das ein nach einem Verfahren gemäß der Erfindung erhältliches Proteinprodukt umfasst, überraschend gut sind im Vergleich zu einem Lebensmittel, das ein in herkömmlicher Weise erhaltenes Proteinprodukt umfasst.
Ein Lebensmittel gemäß der Erfindung, wie ein Hot Dog oder ein vegetarischer Fleischersatz, kann pasteurisiert, sterilisiert und/oder emulgiert sein und doch eine überraschend gute Qualität beibehalten.
Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele veranschaulicht.
Beispiel 1: Verarbeitung eines Proteinproduktkuchens
Ein dekanterartiger Kartoffelproteinkuchen von 28 Gew.-% Trockensubstanz wurde hergestellt, indem man 1,5 kg Protastar (Hersteller: Avebe) und 3,268 kg Wasser miteinander mischte. Der resultierende Kuchen wurde einer FKM-130-D-Lödige-Mischvorrichtung zugeführt. Eine Lösung von 20 Gew.-% NaOH wurde auf den Proteinkuchen gesprüht, um den gewünschten pH-Wert zu erhalten (der pH-Wert wurde bei 20°C in einer 10-Gew.-%igen Suspension gemessen).
Zum Einstellen des pH-Werts eines Kuchens auf pH 7,0 waren etwa 0,56 mol NaOH/kg Protein erforderlich. In einer anderen Charge wurde der pH-Wert auf pH 9,0 eingestellt, was etwa 0,82 mol NaOH/kg Protein erforderte.
Nach dem Erreichen des gewünschten pH-Werts wurde jeder feuchte Kuchen 15 min lang aufbewahrt. Danach wurde jeder Kuchen unter Bedingungen, wie sie in Tabelle 1 gezeigt sind, pneumatisch auf einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 7,5% schnellgetrocknet.

Es zeigte sich, dass das bei pH 9 behandelte Produkt leicht direkt dem pneumatischen Trockner zugeführt werden konnte und trotz des Trockengewichtsgehalts sehr krümelig war. Das bei pH 7 behandelte Produkt konnte jedoch nicht direkt dem pneumatischen Trockner zugeführt werden. Daher wurde eine kleine Portion von ungefähr 95 Gew.-% auf pH 7 eingestelltes Protastar, das aus einer sprühgetrockneten Aufschlämmung erhalten wurde, verwendet, um mit dem zurückmischen und pneumatischen Trocknen von auf pH 7 eingestelltem Protastar, das gemäß der obigen Beschreibung hergestellt wurde, zu beginnen. Alle pH-eingestellten Produkte wurden zweimal durch einen kleinen pneumatischen 50-mm-Schnelltrockner mit einer Einlasstemperatur von 185°C geführt. Einige Details für die verschiedenen Produkte sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Tabelle 1

Produkt	Gew.-% Protein (bezogen auf Trockensubstanz)	Gew.-% Feuchtigkeit (H₂O/gesamt)	T_Auslass [°C] (1. und 2. Trocknungsschritt)
pH-7-behandeltes Protastar	86,8	7,5	83 und 89
pH-8-behandeltes Protastar	86,2	11,02	82
pH-9-behandeltes Protastar	85,3	7,34	74 und 82
pH-8-behandeltes Protastar (80%) + Aglomyl¹ (20%)	73	14,61	68

¹ Agglomyl: ein Stärkeprodukt, das ungefähr 2% Protein, 8–10% Fasern und 10–15% Wasser enthält.

Jedes getrocknete pH-eingestellte Produkt und ein unbehandeltes Protastar-Produkt wurden auf ihre Wasserbindungskapazität getestet. Zu 1 Gramm getrocknetem Proteinprodukt wurden 19 Gramm Wasser gegeben, und das resultierende Gemisch wurde homogenisiert. Das Gemisch wurde 30 Minuten lang auf 70°C gehalten. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur und Zentrifugieren (15 min, 3350 × g) wurde das Wasser, das nicht an das vom Proteinprodukt gebildete Sediment gebunden hatte, freigesetzt. Die Wasserbindung (in Gramm pro Gramm Protein) wurde als Gewicht des Sediments minus 1 berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2

Produkt	Wasserbindungskapazität (Gramm Wasser/Gramm Trockensubstanz)
unbehandeltes Protastar	3,2
pH-7-behandeltes Protastar	3,7
pH-8-behandeltes Protastar	4,6
pH-9-behandeltes Protastar	5,8
pH-8-behandeltes Protastar (80%) + Aglomyl (20%)	4,2*

* Gramm Wasser/Gramm Protein + Agglomyl

Beispiel 2
Ein trockenes Kartoffelproteinpulver (Feuchtigkeitsgehalt 11 Gew.-%) wurde kontinuierlich einem Schugi-160-Mischer zugeführt. Eine 20-Gew.-%ige NaOH-Lösung wurde auf das Pulver gesprüht, um den gewünschten pH-Wert zu erhalten (20°C, 10 Gew.-% Suspension). Nach dem Erreichen des gewünschten pH-Werts wurde der feuchte Kuchen 15 min lang aufbewahrt. Danach wurde der resultierende Kuchen des Proteinprodukts bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von 10 Gew.-% kontinuierlich einem Wirbelbetttrockner zugeführt.
Beispiel 3
Eine 10-Gew.-%ige Kartoffelproteinaufschlämmung wurde hergestellt. Der pH-Wert der Aufschlämmung wurde mit 33-Gew.-%iger NaOH-Lösung unter kontinuierlichem Mischen auf den gewünschten pH-Wert eingestellt (bei 50°C). Nach 4 Stunden bei 50°C wurde die Aufschlämmung bis auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 9 Gew.-% sprühgetrocknet.
Beispiel 4
Ein Dekanterkuchen von Protastar mit einem Trockensubstanzgehalt von 29–33 Gew.-% und einem Proteingehalt von 860–900 mg/g Trockensubstanz wurde mit einer NaOH-Lösung (20–25 Gew.-%) besprüht und bei Raumtemperatur in einem Lodige-Mischer (KM 300 DW) gemischt. Der Mischer brachte den Kuchen in eine wirbelbettartige Form. Das Reagens wurde in einer solchen Menge hinzugefügt, dass man ein getrocknetes Produkt mit einem gewünschten pH-Wert erhielt. Als Richtlinie waren typischerweise 70–80 ml/kg Trockensubstanz erforderlich, um ein Produkt mit einem pH-Wert von 9–10 zu erhalten.
Nach einer Mischzeit von mehreren Minuten wurde der behandelte Kuchen in einem Schnelltrockner mit Pulverrückführung getrocknet. Die Einlasstemperatur lag im Bereich von 200–280°C; die Auslasstemperatur betrug etwa 100°C.
Beispiel 5

Mehrere Arten von Fleischkloßprodukten wurden mit verschiedenen Proteinprodukten hergestellt, wovon die Einzelheiten in Tabelle 3 gezeigt sind. Die Rind/Schwein-Fleischkloßbestandteile sind in Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 3

Code	Fleischart	Rezept/Verfahren	Probenbeschreibung	% Protein	pH-Wert des Rohmaterials	Rohmaterial
Serie 1
1	Schwein/Rind	pasteurisiert	Protastar (nicht pH-behandelt)	85	3,5	Protastar
2	Schwein/Rind	pasteurisiert	pH-behandeltes Protastar (gem. Beispiel 4)	84	8,5	Dekanterkuchen
3	Schwein/Rind	pasteurisiert	pH-behandeltes Protastar (gem. Beispiel 4)	84	7,5	Dekanterkuchen
4	Schwein/Rind	pasteurisiert	Sojaisolat	90	6,9–7,3	Hamultop 800 (Hahn & Co)
5	Schwein/Rind	pasteurisiert	Kontrolle	--	--	--
Serie 2
1	Schwein/Rind	sterilisiert	Protastar	85	3,5	Protastar
2	Schwein/Rind	sterilisiert	pH-behandeltes Protastar (gem. Beispiel 4)	84	8,5	Dekanterkuchen
3	Schwein/Rind	sterilisiert	pH-behandeltes Protastar (gem. Beispiel 4)	84	7,5	Dekanterkuchen
4	Schwein/Rind	sterilisiert	Sojaisolat	90	6,9–7,3	Hamultop 800 (Hahn & Co)
5	Schwein/Rind	sterilisiert	Kontrolle	--	--

Tabelle 4: Rezept Fleischkloß

Zutat	Kontrolle	alle anderen Proben
FLEISCHKLOßGRUNDLAGE
Wasser	17,24	17,24
Rind (80/20)	15,28	10,28
Schweinenackenabschnitte (80/20)	40,60	32,10
Schweinebacken oder -abschnitte (40/60)	24,40	20,40
Natriumnitrit	0,10	0,10
Natriumphosphat	0,27	0,27
Natriumascorbat	0,40	0,40
Würze*	1,71	1,71
EMULSION
Wasser	--	7,50
Protein	--	2,50
Schweinerückenspeck	--	7,50

* Die Würze bestand aus 75% Salz, und der Rest war Pfeffer, Muskatblüte, Koriander, Ingwer, Kardamom (als Packung gekauft)

Komponente	Kontrolle	alle anderen Produkte
analytischer Fleischgehalt	78,0	78,0
Protein	11,3	10,9
mageres Fleisch	53,4	43,7
Fett	26,9	28,3
Fleisch	80,3	72,0
Wasser	57,9	56,8

Die Fleischklöße wurden wie folgt hergestellt. Zuerst wurde alle Fleischarten zu Hackfleisch verarbeitet, um zu gewährleisten, dass jede Probe ungefähr dieselbe Menge an magerem Fleisch oder Fett erhielt. Dann wurden sie in ihre getrennten Teile aufgeteilt, wie es in Tabelle 4 angegeben ist. Die Zubereitungen wurden in der in Tabelle 3 gezeigten Reihenfolge hergestellt. Für jede Serie wurde eine Kontrolle hergestellt. Für alle Proben wurden das Rindfleisch und die Schweinenackenabschnitte mit 100 ml Wasser und dem Natriumnitrit, -phosphat und -ascorbat und der Würze in den Fleischwolf gegeben. Dann wurde 2 Minuten lang zerkleinert. In diesem Stadium wurden das restliche Wasser, das zusätzliche Wasser (aus der Emulsion) und die Schweinebacken/-abschnitte und der Rückenspeck hinzugefügt. Dann wurde weitere 5 Minuten gemischt.
Für die Serie 1 wurde der Teig dann in 200-g-Dosen eingeteilt, versiegelt und 40 Minuten lang (bei 85°C) bis zu einer Innentemperatur von 75°C pasteurisiert. Im Falle von Serie 2 wurden Dosen 20 Minuten lang im Autoklaven bei 121°C behandelt. Die Dosen wurden dann unter fließendem Leitungswasser gekühlt und über Nacht im Kühlschrank aufbewahrt.
Der Kochverlust wurde durch Wiegen der Dose mit dem Fleisch (W_Dose+Fleisch), dann Abwischen von losen Fett und Wasser von dem Fleisch und der Dose und danach getrenntes Wiegen des Fleisches (W_Fleisch) und der Dose (W_Dose) bestimmt. Der Kochverlust wurde berechnet als:

Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt. Tabelle 6: Kochverlust der Serien 1 und 2

	pasteurisiert		sterilisiert
	Kochverlust	pH*	Kochverlust	pH*
Serie 1 und 2
1. Protastar	7,4	6,00	21,0	6,07
2. bei pH 8,5 behandeltes Protastar	5,6	6,15	14,2	6,15
3. bei pH 7,5 behandeltes Protastar	5,5	6,17	16,1	6,14
4. Sojaisolat	5,3	6,12	13,9	6,09
5. Kontrolle	6,4	6,10	19,9	6,11

* pH-Wert des Fleischkloßes

Es wird eindeutig gezeigt, dass der Fleischkloß, der gemäß der Erfindung behandeltes Protastar enthält, eine signifikante Verbesserung der Wasserbindungskapazität im Vergleich zu dem Fleischkloß, der unbehandeltes Protastar enthält, zeigt.
Tabelle 6 zeigt auch, dass es möglich ist, ein pH-behandeltes Kartoffelproteinprodukt zu verwenden, um einen Fleischkloß mit ähnlichem Kochverlust wie ein Fleischkloß, der ein kommerziell erhältliches Sojaisolat enthält, zu erhalten. Pasteurisierte pH-behandelte und unbehandelte Protastar-Proben zeigten ein etwas dunkleres rosa als die sojabehandelte Probe und die Kontrolle. Dieser Unterschied war bei sterilisierten Proben nicht so offensichtlich. Die Textur der unbehandelten Protastar-Proben war im Vergleich zum Rest besonders grießig. Der sojabehandelte Fleischkloß hatte ein ausgeprägtes unangenehmes Aroma, während die Protastar- und die pH-behandelten Protastar-Proben keine nachweisbare Geschmacksabweichung aufwiesen.
Die Daten zeigen auch, dass die Zugabe eines pH-behandelten Proteinprodukts den pH-Wert des endgültigen Lebensmittels nicht wesentlich beeinflusste.
Beispiel 6
Die Löslichkeit eines Kartoffelproteinprodukts, das gemäß der Erfindung bei pH 8,5 behandelt wurde, wurde nach dem Verfahren, das in A.-M. Hermansson, Functional properties of Protein for food-swelling, The Lund Institute of Technology (S) 1971, beschrieben ist, bei verschiedenen pH-Werten bestimmt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle gezeigt: Tabelle 7: Wirkung des pH-Werts auf die Löslichkeit eines pH-behandelten Kartoffelproteinprodukts

pH-Wert des Lösungsmittels Löslichkeit des Kartoffelproteins (Gew.-%)

11 2,5

8,5 1,8

7 1,1

6 1,2
Die Tabelle zeigt klar, dass das Protein eine geringe Löslichkeit hat. Möglicherweise erfolgt bei pH 11,5 eine leichte alkalische Hydrolyse.

Claims

Verfahren zur Behandlung eines pflanzlichen Proteinprodukts, wobei das Verfahren das Einstellen des pH-Werts eines Proteinprodukts auf einen Wert zwischen 8 und 10,5 umfasst, wobei das Proteinprodukt während der pH-Einstellung ein Kuchen oder eine Paste ist oder in einer halbtrockenen Form vorliegt und wobei die Behandlung zur Verbesserung von einer oder mehreren funktionellen Eigenschaften des Proteinprodukts führt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Proteinprodukt während der pH-Einstellung einen Trockensubstanzgehalt im Bereich von 20 bis 99 Gew.-% hat.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das pflanzliche Proteinprodukt ein oder mehrere Proteine umfasst, die aus einer Wurzel oder Knolle stammen, die üblicherweise für die Stärkeproduktion verwendet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, wobei das Proteinprodukt durch thermische Koagulation isoliert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Geschmacksmerkmale, die Geruchsmerkmale, das Mundgefühl, die Wasserbindungs- und/oder Fettbindungseigenschaften verbessert werden.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der pH-Wert dadurch eingestellt wird, dass man wenigstens eine Base hinzufügt, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus den Alkalimetall- und Erdalkalime tallsalzen von Hydroxid, Carbonat, Hydrogencarbonat, Phosphat und Monohydrogenphosphat besteht.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Proteinprodukt während und/oder nach der pH-Einstellung homogenisiert wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die pH-Einstellung bei einer Temperatur im Bereich von 0 bis 100°C, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 30°C, durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Proteinprodukt ein oder mehrere Proteine aus Kartoffel, Waxy-Kartoffel, Pfeilwurz, Kassava, Waxy-Kassava, Süßkartoffel, Yam und/oder Taro umfasst.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Proteinprodukt weiterhin eine oder mehrere Verbindungen umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Lipiden, Kohlenhydraten, Salzen und Fasern besteht.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Proteinprodukt vor der pH-Einstellung mit einer Säurelösung gewaschen wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Proteinprodukt nach der pH-Einstellung auf einen Wassergehalt von weniger als 12 Gew.-% getrocknet wird.
Proteinprodukt, das nach einem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche erhältlich ist.
Proteinprodukt gemäß Anspruch 13, das verbesserte Geschmacksmerkmale, Geruchsmerkmale, sensorische Eigenschaften, Wasserbindungs- und/oder Fettbindungseigenschaften aufweist.
Proteinprodukt gemäß Anspruch 13 oder 14, das eine Löslichkeit in Wasser bei einem pH-Wert im Bereich von 5–10 von unter 5 Gew.-%, vorzugsweise unter 2,5 Gew.-%, aufweist, bezogen auf das Gewicht der Lösung.
Lebensmittel, das ein Proteinprodukt gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15 umfasst.
Lebensmittel gemäß Anspruch 16, das einen pH-Wert im Bereich von etwa 4 bis 7 aufweist.
Lebensmittel gemäß Anspruch 16 oder 17, wobei das Lebensmittel pasteurisiert, sterilisiert und/oder emulgiert ist.
Verwendung eines Proteinprodukts gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15 in einem Lebensmittel zur Verbesserung der Wasser- und/oder Fettretention des Lebensmittels.
Verwendung gemäß Anspruch 19, wobei das Lebensmittel einen pH-Wert von ungefähr 4 bis 7 hat.