CH623206A5 - - Google Patents

Description

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung proteinhaltiger Nahrungsmittel oder Futtermittel durch Zusatz von schwefelhaltigem Aminosäurederivat zu einem Nahrungsmittel oder Futtermittel, um dessen Proteingehalt zu ergänzen, dadurch gekennzeichnet, dass als schwefelhaltiges Aminosäurederivat ein N-Acyl-L-methioninester, N,N'-Acyl-L-cystinester oder N-Acyl-L-cysteinester verwendet wird, dessen Acylgruppen von Fettsäuren mit 1—9 C-Atomen und dessen Estergruppen von Fettalkoholen mit 1—22 C-Atomen abgeleitet sind.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Nahrungsmittel oder Futtermittel, dessen Proteingehalt ergänzt wird, ein von tierischen Nebenprodukten, mikrobiellen Zellen, Ölsamen, Getreidekorn oder pflanzlicher Vegetation abgeleitetes Nahrungsmittel verwendet.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Nahrungsmittel oder Futtermittel, dessen Proteingehalt ergänzt wird, ein fleischartiges texturiertes Pflanzenproteinprodukt, ein von Pflanzenprotein abgeleitetes käseartiges Produkt, ein Getränk, eine Nussbutter, ein kalt essbares Cerealienprodukt oder eine proteinhaltige Imbisszubereitung verwendet.

4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als schwefelhaltiges Aminosäurederivat ein N-Acyl-L-methioninester verwendet wird.

5. Verfahren nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Acylgruppe des Aminosäurederivates von Fettsäuren mit 1—4 C-Atomen und seine Estergruppe von Fettalkoholen mit 1—10, insbesondere 1—4 C-Atomen, abgeleitet ist.

6. Verfahren nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Aminosäurederivat der N-Formyl-L-methio-ninmethylester, der N-Formyl-L-methioninethylester, der N-Acetyl-L-methioninmethylester oder der N-Acetyl-L-me-thioninethylester verwendet wird.

7. Nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch 1 erhaltene proteinhaltige Nahrungsmittel oder Futtermittel.

8. Nahrungsmittel oder Futtermittel nach Patentanspruch 7, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch 5.

9. Nahrungsmittel oder Futtermittel nach Patentanspruch 7, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch 6.

Es ist bekannt, proteinhaltige Nahrungsmittel oder Futtermittel mit unzureichendem Gehalt an bestimmten, z. B. schwefelhaltigen, Aminosäuren mit nahrungsmässig verwertbaren Derivaten solcher Aminosäuren zu ergänzen. Die Bezeichnung «proteinhaltiges Nahrungsmittel oder Futtermittel» umfasst sowohl Proteine als solche, gleichgültig ob sie tierischer oder pflanzlicher Herkunft sind, als auch verarbeitete, solche Proteine in erheblichen Anteilen enthaltende Produkte für die Ernährung von Menschen oder Tieren.

Es gibt zwingende Gründe dafür, den Proteinbedarf der menschlichen Ernährung vermehrt mit Proteinen vegetabilischen Ursprungs zu befriedigen. Der Zwang zur Suche nach pflanzlichen Proteinen als wesentliche wenn nicht ausschliessliche Grundlage für Nahrungsproteine ist hauptsächlich durch zwei Gründe bedingt, von denen Effizienz, d.h. das Verhältnis von Aufwand und Ertrag, der Hauptgrund ist. Mindestens in einigen Teilen der Erde ist es vom Gesichtspunkt des Energieverbrauchs nicht mehr möglich, Nahrungsprotein durch landwirtschaftlichen Anbau oder Viehzucht zu erzeugen. Der zweite Grund ist der gesundheitliche Aspekt der Ernährung: Verarbeitete Nahrungsmittel auf Basis von Pflanzenproteinen bieten die Möglichkeit einer optimalen Bilanz von Nährstoffen mit kontrolliertem Ausschluss bestimmter identifizierter nachteiliger Stoffe, wie Cholesterin. Weitere Gründe, wie Zweckmässigkeit bzw. Bequemlichkeit und bis zu einem gewissen Grad auch persönliche Überzeugung, kommen hinzu.

Es scheint ausser Frage zu stehen, dass Herstellung vegetabilischer Proteine in ausreichender Menge möglich ist. Erfolge des landwirtschaftlichen Anbaus, insbesondere der Leguminosen (in erster Linie der Sojabohne), haben die Zugänglichkeit von Pflanzenprotein in genügenden Mengen sichergestellt. Diese Sicherung der Möglichkeit der Versorgung mit ausreichenden Mengen ist teilweise durch Entwicklung zugehöriger Technologien für Ausnutzung und Zugänglichmachung dieser Quelle nativen Pflanzenproteins bedingt, wobei der Schwerpunkt die Qualität des Pflanzenproteins ist. Wenn das Pflanzenprotein ernährungsmässig den Proteinen tierischer Herkunft nicht gleichwertig im Sinne einer vergleichbaren Qualität ist, verliert die Tatsache, dass Pflanzenprotein in ausreichenden Mengen zugänglich ist, an Bedeutung. Tatsächlich ist der Wert der von einer gegebenen Pflanzensorte abgeleiteten Proteine in bezug auf Ernährungsqualität mit der Qualität von Proteinen tierischen Ursprungs nicht vergleichbar. Dies zeigt sich teilweise bei der Untersuchung des Aminosäuregehalts oder -profils eines gegebenen Pflanzenproteins. Beispielsweise enthält Weizengluten zu wenig Lysin und Sojaprotein zu wenig schwefelhaltige Aminosäuren, wie Methionin. In der Ernährungswissenschaft wird für solche Aminosäuren die Bezeichnung «limitierend» oder «begrenzend» verwendet und man hat festgestellt, dass der Nährwert eines Proteins, das durch eine bestimmte begrenzende essentielle Aminosäure charakterisiert ist, tatsächlich durch den Gehalt an der ersten limitierenden Aminosäure begrenzt ist. Würde man sich beispielsweise auf ein bestimmtes Pflanzenprotein als einzige Quelle für Nah-rungs-protein beschränken und ist dieses Protein durch ein Aminosäureprofil charakterisiert, das bestimmte begrenzende Aminosäuren zeigt, müsste mit der Nahrung eine viel zu grosse Menge dieses Proteins aufgenommen werden, damit die ernährungsmässig erforderliche Aufnahme dieser begrenzenden essentiellen Aminosäuren gesichert ist. Abgesehen von der rein wirtschaftlichen Verschwendung einer solchen Ernährung finden sich in der wissenschaftlichen Literatur immer mehr Hinweise dafür, dass Nahrungsprotein-Überschüsse nachteilige physiologische Wirkungen haben können.

Die Ergänzung («Fortification») proteinhaltiger Nahrungsmittel oder Futtermittel mit schwefelhaltigen Aminosäuren, insbesondere Methionin, beruht meist auf der direkten Zugabe von DL-Methionin als freie Säure. Obwohl nur die L-stereoisomere Form in das Humanprotein eingeführt wird, wurde hierzu die racemische DL-Mischung verwendet, weil man annahm, dass Methionin eine der wenigen a-Aminosäu-ren ist, deren D-Form metabolisch in die L-Form umgewandelt wird. Alle Versuche zur Ergänzung von Nahrungsmittel, die ungenügend Methionin enthalten, durch Zugabe von freiem DL-Methionin sind aber an einem kaum lösbaren Problem, nämlich dem Geschmack, gescheitert. Die mit DL-Me-thionin ergänzten Nahrungsmittel entwickeln Nebengeschmack und verfärben sich. Dies tritt besonders bei solchen Nahrungsmitteln oder Futtermitteln auf, die vor dem Verspeisen erwärmt oder unbeschränkte Zeit in hydratisiertem Zustand gelagert werden. Der Effekt wird aber auch nach Trockenlagerung festgestellt. Der chemische Grund für die Bildung dieses Nebengeschmacks und die unansehnliche Verfärbung ist teilweise der bekannte Strecker-Abbau bzw. die sogenannte Mail-lard-Reaktion (chemische Bräunung). Die Maillard-Reaktion beruht auf mehreren Reaktionen zwischen aminohaltigen Verbindungen (hier freie a-Aminosäuren) und carbonylhalti-gen Verbindungen (z.B. die in den ergänzten Nahrungsmitteln oder Futtermitteln in grossem Überschuss vorhandenen reduzierenden Zucker). Die Maillard-Reaktion ist besonders bei s

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schwefelhaltigen Aminosäuren in negativem Sinne bedeutsam, weil dann störende Mercaptane und Sulfide erzeugt und freigesetzt werden. Beispielsweise kann in den mit Methionin ergänzten Nahrungsmitteln leicht Methional gebildet werden. Neben der Maillard-Reaktion treten auch andere Abbaureaktionen auf, z. B. Luftoxidation der schwefelhaltigen Aminosäuren, und beeinträchtigen Geschmack bzw. Geruch. Es versteht sich, dass man auch nach weiteren Methoden zur Lösung des Problems des Mangels an Schwefelaminosäuren bei Proteinen pflanzlichen Ursprungs gesucht hat.

Eine Methode mit begrenzter praktischer Brauchbarkeit beruht auf dem Vermischen von Proteinen unterschiedlicher pflanzlicher Herkunft derart, dass ein bestimmter Aminosäuremangel eines Proteins im wesentlichen durch Vermischen mit einer genau bestimmten Menge eines bestimmten Proteins ausgeglichen wird, das die jeweilige Aminosäure in relativ grossem Überschuss enthält. Durch entsprechende Auswahl und bestimmte Mischungszusammensetzung kann ein gegenseitiger Ergänzungseffekt erzielt werden. Beispielsweise ist Sesamsamenprotein reich an Methionin aber arm an Lysin. Sojabohnenprotein ist arm an Methionin aber reich an Lysin und dementsprechend kann durch genau abgestimmte Vermischung dieser beiden Komponenten ein ernährungsmässig besser ausgewogenes vegetabilisches Protein erhalten werden.

Andere Methoden des Standes der Technik sollen die Maillard-Reaktion bei der Zugabe ausgewählter freier Aminosäuren vermeiden. Typische Beispiele für verschiedene bekannte Vorschläge sind: (1) Verkapselung der freien Aminosäure, (2) gleichzeitiges Einarbeiten bestimmter Mittel, die der Bräunung entgegenwirken sollen, z. B. Pyrocarbonsäureester und O-Carboxylanhydride von a-Anhydroxysäuren (US-PS 3 337 348), und (3) Anwendung der Plastein-Reaktion. Diese zuletzt genannte Methode beruht auf der Bindung der zugesetzten Aminosäure durch Peptidbrücken an die Proteinmoleküle, welche den Hauptteil der Proteinkomponente des Nahrungsmittels oder Futtermittels bilden. Da alle eben angegebenen Methoden nur beschränkten praktischen Wert haben, hat man weiter nach Mitteln zur Ausschaltung der Maillard-Reak-tion gesucht, unter anderen Verwendung von geschmacklosen Derivaten bestimmter Aminosäuren, die relativ beständig gegen Abbau aber beim Verspeisen noch nahrungsmässig verwertbar sind.

Die Herstellung von Derivaten bestimmter schwefelhaltiger Aminosäuren, insbesondere Methionin, hat sich als erfolgreich erwiesen und es sind beispielsweise bestimmte N-Acyl-L-me-thionin-Verbindungen mit verstärkter Stabilität und schwächerem Geschmack vorgeschlagen worden, die nahrungsmässig verwertbar sind.

Es wurde gefunden, dass eine andere Gruppe von Derivaten schwefelhaltiger Aminosäuren mit hervorragender Stabilität und abgeschwächtem Geschmack nahrungsmässig verwertbar ist und sich daher als Zusatz für die Herstellung proteinhaltiger Nahrungsmittel oder Futtermittel eignet, insbesondere weil diese Derivate sicher und wirksam zur schwefelhaltigen Aminosäure des Derivates metabolisiert werden können.

Ferner wurde gefunden, dass diese Derivate einen niedrigen Geschmacksschwellenwert aufweisen und dass der beim Schwellenwert auftretende Geschmack in bezug auf freies Methionin nicht störend ist.

Erfindungsgemäss wird zur Herstellung proteinhaltiger Nahrungsmittel oder Futtermittel als Zusatz ein N-Acyl-L-me-thioninester, N,N'-Acyl-L-cystinester oder N-Acyl-L-cystein-ester verwendet, dessen Acylgruppen von Fettsäuren mit 1-9 C-Atomen und dessen Estergruppen von Fettalkoholen mit 1-22 C-Atomen abgeleitet sind. Vorzugsweise sind die Nahrungsmittel oder Futtermittel praktisch frei von den entsprechenden D-lsomeren von Aminosäurederivaten, da diese Isomeren nicht nahrungsmässig verwertbar sind. Das erfin-

dungsgemässe Verfahren ist besonders zur Ergänzung im Sinne der Fortifikation bzw. Supplementation von Nahrungsmitteln oder Futtermitteln geeignet, die bereits Protein enthalten aber in bezug auf schwefelhaltige Nahrungsmittel oder Futtermittel 5 ernährungsmässig ergänzt werden sollen.

Zur eingehenderen Erläuterung der Erfindung sollen zunächst die folgenden, miteinander in Beziehung stehenden Gesichtspunkte diskutiert werden: (A) Identifizierung und Herstellung der bevorzugten Derivate schwefelhaltiger Amino-10 säuren, (B) die für die Erfindung, d.h. das Verfahren und die danach erhaltenen Produkte, in Frage kommenden Nahrungsmittel oder Futtermittel, und (C) die Bedeutung des Begriffs der ernährungsmässig wirksamen Aminosäureergänzung.

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(A) Identifizierung und Herstellung der Derivate

Als experimentelle Methode zur Bewertung der Schmack-haftigkeit erfindungsgemäss ergänzter Nahrungsmittel oder Futtermittel wurde eine Testmethode zur Simulierung derjeni-20 gen Reaktionsbedingungen entwickelt, die wahrscheinlich beim Abbau der der Maillard-Reaktion unterliegenden Nahrungsmittel auftreten können. Die Testmethode beruht im wesentlichen auf der Reaktion einer reaktiven Carbonylver-bindung, wie Diacetyl, CH3(CO)2CH3, mit der zu bewertenden 25 Aminosäure (oder deren Derivat). Die als Modell dienende reaktive"Carbonylverbindung, Diacetyl, ist in bezug auf ihre Reaktion mit Aminosäuren den reduzierenden Zuckern realer Nahrungsmittelsysteme analog.

Die Testmethode liefert klare Hinweise auf die Stabilität 30 von Derivaten von Methionin, Cystin und Cystein gegen freie Säuren im Nahrungsmittelsystem bzw. in dem das Nahrungsmittel oder Futtermittel umgebenden Milieu. Zu 100 ml Volumina einer 80:20-Lösung aus Diäthylenglycoldimethylät-her («Diglym») und Wasser mit Anteilen von jeweils 0,86 g 35 Diacetyl wurden entweder 1,49 g Methionin oder 2,40 g Cystin gegeben. Beim Erwärmen dieser Lösungen auf Temperaturen von etwa 80° C während etwa 30 min werden die Lösungen dunkelbraun und entwickeln den für Sulfide und Mercaptane charakteristischen starken unangenehmen Geruch. Bei 40 der Untersuchung von Cystein nach diesem Test werden ähnliche Ergebnisse erhalten. Wenn in diesem Test dagegen die N-Acylesterderivate (N-Acetylmethioninester und N,N'-Di-acetylcystinester) anstelle der entsprechenden freien Säure bei vergleichbarer molarer Konzentration verwendet werden, blei-45 ben die Lösungen farblos und es wird kein Geruch festgestellt. Ähnliche Ergebnisse werden beim Test von N-Acetylcystein-ester erhalten. Auf diese Weise wurde die Stabilität der in Betracht kommenden Aminosäurederivate gegen die Maillard-Reaktion untersucht und festgestellt, dass N-Acylesterderivate 50 von Cystin, Cystein und Methionin brauchbare Derivate für Durchführung der hier beschriebenen Erfindung sind. (Ein annehmbarer Geschmack und die nahrungsmässige Verwertbarkeit sind die anderen, zu erfüllenden Kriterien.)

55 Überraschend ist der Befund, dass diese N-Acyl-L-schwe-felaminosäureesterderivate nahrungsmässig verwertbar sind. Der Beweis dafür konnte durch übliche Ernährungsuntersuchungen an weissen Ratten erbracht werden. Tabelle I zeigt diesen Befund in klarer Weise:

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Tabelle I

Verwertung von L-Methionin, N-Acetyl-L-methionin und L-Acetyl-L-methioninestern durch Ratten im Wachstum

10% Protein-Diät

2 Wochen

Gesamt-

Verhältnis bestehend aus:

Gewichts

Protein-

von Gewichts

zunahme verbrauch zunahme zu

(g)

(g)

Proteinverbrauch (g)

isoliertem Sojabohnen

protein («Promine F»,

ein Sojaprotein-Isolat der

Firma Central Soy Co.)

32,3

18,2

1,80

+ 0,15 % L-Methionin

62,8

19,5

3,25

+ 0,19% N-Acetyl-

L-methionin

66,5

20,3

3,26

+ 0,21 % N-Acetyl-

L-methioninmethylester

60,2

19,2

3,12

+ 0,25% N-Acetyl-

L-methioninäthylester

65,2

21,2

3,07

Tabelle I zeigt, dass Soja-Isolat, das bekanntlich einen unzureichenden Gehalt an Schwefelaminosäuren aufweist, im Verhältnis zur konsumierten Proteinmenge ein geringes Wachstum zur Folge hat und dass das Wachstum durch Ergänzung des Soja-Isolats mit L-Methionin signifikant verbessert wird. Die Tabelle zeigt die nahrungsmässige Verwertbarkeit von L-Methionin und die Tatsache, dass N-Acetyl-L-methio-nin das ernährungsmässige Äquivalent der freien L-Methionin-säure ist.

Die Tabelle entspricht dem erfindungsgemässen Befund, dass N-Acetyl-L-methioninmethyl- und -äthylester dem Methionin ernährungsmässig gleichwertig sind. Abgesehen vom Methionin wurde den Ratten eine vollständige Nahrung verabreicht, die 10% Sojabohnenprotein, 39% Saccharose, 39% Stärke, 6% Maisöl, 5% Mineral- und Vitaminmischung enthielt. Die Messergebnisse zeigen die erwähnte Gleichwertigkeit innerhalb der Fehlergrenze des Versuchs.

Ähnliche Ergebnisse der Ernährungsuntersuchungen mit N-Acetyl-L-methioninmethyl- und -äthylestern wurden mit analogen N-C1_9-Acylderivaten von Methionin-C^a-ester sowie mit den N-Cx_9-Acylderivaten von Cystin- und Cy-stein-Cj_22-ester erhalten. Die Erfindung umfasst somit alle Derivate, deren N-Acylsubstituent von bekannten und technisch erhältlichen Fettsäuren mit 1—9 C-Atomen und deren Estersubstituent von bekannten und technisch erhältlichen Fettalkoholen mit 1-22 C-Atomen abgeleitet sind, wie z. B. Methanol, Äthanol, Propanol, Butanol, Hexanol, Octanol, Decanol, Dodecanol und Hexadecanol.

Erfindungsgemäss bevorzugte schwefelhaltige Aminosäurederivate sind die N-C^-Acylaminosäure-Cno-ester und insbesondere die N-CM-Acylaminosäure-ClJ(-ester. Aminosäurederivate von Methionin werden am meisten bevorzugt.

L-Aminosäuren mit weniger als etwa 5,0% ihres D-Isomers als Verunreinigung sind technisch ohne weiteres erhältlich und zur Herstellung der N-acylierten L-Aminosäureester geeignet. Die Derivate können zweckmässig durch Umsetzung des Anhydrids der gewählten Fettsäure mit der in Frage stehenden schwefelhaltigen L-Aminosäure zur Bildung der N-acylierten Aminosäure hergestellt werden. Diese Acylierungsreaktion ist von Birnbaum et al., 194, J. Biol. Chem., 455 (1952) eingehend beschrieben und die Reaktionsbedingungen sind derart, dass keine erhebliche Racemisierung zum entsprechenden D-Isomer erfolgt. Das Esterderivat der N-acylierten Säure kann dann in irgendeiner bekannten Weise, z. B. durch Umsetzung der acylierten Verbindung unter sauren Bedingungen mit einem Fettalkohol, erhalten werden.

(B) Nahrungsmittelgruppe 5 Die Gruppe der für die Erfindung in Frage kommenden Nahrungsmittel oder Futtermittel umfasst alle Nahrungsquellen, die aus Gründen der Ernährung eine Ergänzung mit ausgewählten schwefelhaltigen Aminosäuren erfordern. Die Erfindung ist aber in erster Linie auf proteinhaltige Nahrungsmit-10 tel oder Futtermittel gerichtet, die entweder vor dem Verbrauch erhitzt werden, sich während unbeschränkter Zeit vor dem Verbrauch in hydratisiertem Zustand befinden oder längere Zeit trocken gelagert werden. Hauptanwendungsgebiet der Erfindung sind Nahrungsmittel oder Futtermittel, die 15 hauptsächlich Proteine pflanzlicher Herkunft enthalten, z. B. Ölsamen und Leguminosensamen, insbesondere Sojabohnen. Spezielle Beispiele derartiger proteinhaltiger Nahrungsmittelprodukte oder Futtermittelprodukte, deren Proteinkomponente im wesentlichen eine solche pflanzlichen Ursprungs ist, 20 sind unter anderen texturierte fleischartige Produkte («Fleischanaloga») auf Basis von Pflanzenprotein, käseartige Produkte aus Pflanzenprotein («Käseanaloga»), Getränke, Nuss-buttersorten, gebrauchsfertige, kalt-essbare Nahrungsmittel auf Kohlehydratbasis nach Art der «Cereals» (Flocken oder 25 ähnliche Gebilde aus Mais oder anderen Getreideprodukten), proteinhaltige Imbisszubereitungen, trockene oder wasserhaltige Tierfutter, insbesondere für Haustiere, und Viehfutter.

Eine besonders wichtige Ausführungsform der Erfindung 30 ist die Ergänzung bzw. Anreicherung bestimmter proteinhaltiger Ausgangsstoffe, wie Sojabohnen. Sojabohnenprotein steht meist in Form bestimmter Fraktionen zur Verfügung, die sich durch ihre Herstellungsart unterscheiden. Diese Fraktionen werden gemeinhin als Sojabohnenmehl, -gries, -konzentrat 35 und -isolât bezeichnet. Jede dieser Fraktionen ist durch ihren Proteingehalt charakterisiert, der zwischen etwa 30% für Gries bis etwa 90% für Isolât liegt. Aufeinanderfolgende Fraktionie-rungs- oder Reinigungsstufen zeigen nicht nur einen steigenden Proteingehalt, sondern auch eine Abnahme an Kompo-40 nenten mit Nebengeschmack und verbesserte Textureigenschaften des Proteins. Die durch Fraktionierung erzielten Vorteile sind jedoch auch von Nachteilen begleitet, da der Ernährungswert des Proteins mit zunehmender Proteinkonzentration abnimmt. Die Grössenordnung ergibt sich aus folgen-45 der Beziehung. Wenn man beispielsweise den Ernährungswert von"Sojagries bzw. grobem Sojamehl mit 1,0 bewertet, entspricht das Ernährungswertverhältnis von Gries : Mehl : Konzentrat: Isolât den Werten 1,0:0,81:0,74:0,61. Diese Abnahme der Proteinqualität ist in erster Linie durch Verminde-50 rung der schwefelhaltigen und anderen essentiellen Aminosäuren bei zunehmender Fraktionierung bedingt. Sojabohnenproteine sind in erster Linie durch die schwefelhaltigen Aminosäuren begrenzt, aber auch arm an Lysin, Threonin und Valin. Dementsprechend muss bei jeder Ergänzungs- bzw. 55 Anreicherungsmethode das gesamte Aminosäureprofil eines gegebenen proteinhaltigen Materials berücksichtigt werden. Informationen hierzu sind aus veröffentlichten Tabellen der Aminosäureanteile verschiedener Proteine ohne weiteres zugänglich, z. B. aus der Veröffentlichung «Amino Acid Con-60 tent of Foods and Biological Data on Proteins» der UN-Er-nährungs- und Landwirtschaftsorganisation, Publikation Nr. 24, 1970. Auf diese Weise kann die Ernährungsbilanz für alle Aminosäuren auf einen gewünschten oder optimalen Wert gebracht werden. Daraus ergibt sich, dass die Erfindung für 65 alle proteinhaltigen Nahrungsmittel oder Futtermittel anwendbar ist, die arm an schwefelhaltigen Aminosäuren sind bzw. ungenügende Anteile dieser Komponenten enthalten, selbst wenn dieser Mangel nicht die erste Begrenzung darstellt.

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Andere für die Erfindung in Frage kommende proteinhaltige Nahrungsmittel oder Futtermittel aus der Gruppe der Ölsaaten sind Baumwollsamen, Erdnüsse, Saflor, Sesam, Sonnenblumen, Rapssamen und grobes Flachsmehl (Leinsamenmehl), aus der Gruppe der Milchproteine das Casein, nichtfette Milchfeststoffe, Lactalbumin und Molkeprotein, unter den Getreiden Weizen (Gluten), Weizen, Mais, Gerste, Hafer, Reis, Roggen, Weizenschalen und Weizenkeime, aus der Gruppe der Meeresproteine Fischproteinkonzentrat und lösliche Anteile aus Fischmuskel, aus der Gruppe der Pflanzenproteine Blattstoffprotein (z.B. Luzerne) und Kokosnuss, aus der Gruppe der einzelligen Proteine Hefe und Mikroben, die Erdöl, Methan oder Kohlehydrate verdauen können, und aus der Gruppe der tierischen Proteine Kollagen (Gelatine), Keratin, Muskelfleisch, Serumprotein, Schlachtabfall, Wolle, Seidenabfall, Fleischproteinkonzentrat und Federmehl. Ebenfalls für die Erfindung in Frage kommen verarbeitete proteinhaltige Nahrungsmittel oder Futtermittel, die als Komponenten ausgewählte Proteine der oben in Beispielen erläuterten Art enthalten. Hierzu ist zu bemerken, dass das proteinhaltige Ausgangsmaterial direkt ergänzt bzw. angereichert werden kann und auf diese Weise ein ernährungsmässig ausgeglichenes proteinhaltiges Nahrungsmittel oder Futtermittel erhältlich ist, das entweder als solches oder vereinigt mit anderen Komponenten für verarbeitete Nahrungsmittel oder Futtermittel geeignet ist. Die Ergänzung bzw. Anreicherung kann aber auch während der Zusammenstellung der Komponenten bzw. der Verarbeitung im Zuge der Herstellung proteinhaltiger Nahrungsmittel oder Futtermittel erfolgen.

(C) Bedeutung des Begriffs der ernährungsmässig wirksamen Ergänzung

Abstrakt kann dem Ausdruck «ernährungsmässig wirksame Ergänzung» keine absolute Bedeutung beigemessen werden. Wie oben erwähnt, hängt die ernährungsmässig wirksame oder optimale Ergänzung wesentlich von der genauen Aminosäurekonstitution des jeweiligen Proteins ab und die Entwicklung eines Ergänzungs- bzw. Anreicherungsschemas bei gegebenem Protein und dessen spezifischen Aminosäuremängeln ist eine fachmännische Massnahme. Für Proteine, die zu wenig schwefelhaltige Aminosäuren enthalten, wird erfindungsgemäss in der Praxis im typischen Fall eine Zugabe von Methioninäqui-valenten von nur 0,1 bis zu 10 Gew.%, bezogen auf den Gesamtproteingehalt des Nahrungsmittels oder Futtermittels erforderlich sein.

Eine zur Bestimmung der Ergänzungsbereiche an sich bekannte Methode im Zusammenhang mit der Erfindung besteht darin, diese Bereiche auf den Gesamtgehalt an schwefelhaltigen Aminosäuren von Volleiprotein zu beziehen, das als optimal angesehen wird und diese Komponenten in Anteilen von etwa 5,4 bis 7,2%, bezogen auf das Gesamtprotein des Eis, enthält. Im Volleiprotein sind die einzelnen Aminosäuren tatsächlich in solchen Mengen und Verhältnissen vorhanden, dass sie ein ideales Muster für hochwertiges Protein darstellen. Der Gehalt dieses Proteins an spezifischen Aminosäuren, ausgedrückt in Prozent Protein, ist ausserordentlich gleiçhmâs-sig. Man kann daher ohne weiteres schliessen, dass der Leitwert für eine sichere bzw. unschädliche Zugabe einer Aminosäure zu einem Nahrungsmittel oder Futtermittel die Differenz zwischen der Menge dieser Aminosäure im Volleiprotein (ausgedrückt in Prozent Gesamtprotein) und der in dem mit der Aminosäure zu ergänzenden Protein vorhandenen Menge der Aminosäure ist.

Bei der Festsetzung von zuzusetzenden Mengen in einem Aminosäure-Ergänzungsschema mit Zugabe von Acetylderiva-ten von L-Methionin, L-Cystin und L-Cystein ist es wichtig, dass bestimmte metabolitische Beziehungen in Rechnung gestellt werden, und zwar die folgenden: (1) Methionin kann den

Bedarf an Cystin und Cystein entsprechend der folgenden Gesamtstöchiometrie vollständig ersetzen: ein Mol Methionin —» ein Mol Cystein, und zwei Mol Methionin —> ein Mol Cystin. (2) Cystin und Cystein sind metabolisch ineinander umwandelbar entsprechend folgender Stöchiometrie: ein Mol Cystin ^ zwei Mol Cystein. (3) Die umgekehrte Beziehung, nämlich Cystein oder Cystin, als Basis für die Bildung von Methionin ist zwar für bestimmte mikrobielle Lebewesen beschrieben, stellt aber bei höheren animalischen Organismen wahrscheinlich keinen wesentlichen Stoffwechselweg dar. Methionin wird daher als «essentielle» Aminosäure bezeichnet.

Es ist zu bemerken, dass die schwefelhaltigen Aminosäuren im Volleiprotein zu etwa 60% als Methionin und zu 40% als Cystin und Cystein gemeinsam erscheinen. Dementsprechend sollte der oben angegebene Bereich von 5,4 bis 7,2 Gew. % für schwefelhaltige Aminosäurekomponenten von Volleiprotein auf 3,2 bis 7,2 angepasst werden, indem der untere Grenzwert mit 0,60 multipliziert wird und dadurch in bezug auf den Methio-ningehalt ein wirklichkeitsnäherer Bereich definiert wird. Für den Gesamtanteil an Cystin und Cystein sollten die Einheiten des Bereichs um 40% vermindert werden und dementsprechend ist der Bereich von 2,2 bis 2,9 ein zweckmässiger Bereich, wenn mit Cystin und Cystein angereichert bzw. ergänzt werden soll.

Wenn ein Nahrungsmittel oder Futtermittel daher erfindungsgemäss mit L-Methionin ergänzt werden soll, ist der korrigierte Bereich von 3,2 bis 7,2 zur Bestimmung des Ergänzungswertes zweckmässig, der zur Aufwertung des gewählten Nahrungsmittels oder Futtermittels auf die Qualität von Volleiprotein bezüglich schwefelhaltigen Aminosäuren erforderlich ist. Wenn beispielsweise ein in Frage stehendes proteinhaltiges Nahrungsmittel oder Futtermittel 2,0 Gew. % Schwefelaminosäuren (willkürlich als Methioninäquivalente angenommen) des Gesamtproteins enthält, erfordert die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens den Zusatz von

Molekulargewicht des L-Methioninderivates x

Molekulargewicht von L-Methionin

[3,2-2,0 bis 7,2-2,0]% x 100 g Protein = Menge in Gramm in N-Acetyl-L-methioninderivat pro 100 g Protein, die erforderlich sind, um den Gesamt-Schwefelaminosäuregehalt des proteinhaltigen Nahrungsmittels auf den Wert von Ei zu bringen. Die Differenz zwischen dem effektiven gewichtsprozentualen Anteil an Schwefelaminosäuren (als äquivalent mit Methionin angenommen) und dem optimalen gewichtsprozentualen Anteil wie bei Ei (ebenfalls als äquivalent mit Methionin angenommen) wird mit dem Molekulargewichtsverhältnis des speziellen zur Ergänzung verwendeten N-Acyl-L-methioninester-derivats zu Methionin multipliziert. Wenn ein N-Acylderivat von L-Cystin oder L-Cystein für die Ergänzung verwendet wird, lässt sich der Optimalbereich für die Zugabe durch Multiplikation des Bereichs [2,2-X bis 2,9-X] (worin X der auf das Gesamtprotein des jeweiligen Nahrungsmittels oder Futtermittels bezogene prozentuale Anteil der schwefelhaltigen Aminosäurekomponente äquivalent entweder mit Cystin bzw. Cystein ist) mit dem Molekulargewichtsverhältnis des Derivats von L-Cystin bzw. L-Cystein zu Cystin bzw. Cystein berechnen. Diese Methode der Berechnung des Zusatzbereichswerts ist natürlich nur eine Annäherung, bietet aber in Anbetracht der grossen Vielfalt von Nahrungsmitteln oder Futtermitteln allgemeine Regeln und eine Nomenklatur, die Vergleiche unterschiedlicher Nahrungsmittel oder Futtermittel ermöglicht.

Die tatsächliche Methode der Einarbeitung von erfindungsgemäss verwendbaren Aminosäurederivaten zur Herstel5

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lung ergänzter bzw. angereicherter proteinhaltiger Nahrungsmittel oder Futtermittel wird natürlich durch die Art des jeweiligen Nahrungsmittels oder Futtermittels bestimmt. Bei Stoffen von der Art des Sojabohnenmehls können die Derivate als trockene Pulver zugesetzt werden. Bei nichthomogenen Stoffen, wie Tierfutterzubereitungen, können die Derivate durch Versprühen von Lösungen eingeführt werden. Bei verarbeiteten proteinhaltigen Nahrungsmitteln, wie Nussbutter, können die Derivate als Nebenkomponente eingearbeitet oder dispergiert in einem geeigneten Träger, etwa einem Öl, in die Zubereitung eingeführt werden. Diese Einzelheiten liegen im Bereich des fachmännischen Wissens.

Die folgenden Beispiele proteinhaltiger Nahrungsmittel oder Futtermittel, die mit N-Acylderivaten von L-Methionin-ester, L-Cystinester und L-Cysteinester ergänzt sind, zeigen die Spanne der erfindungsgemäss in Betracht kommenden Produkte, ohne dass dies eine Beschränkung bedeutet.

Beispiel 1 (A) Herstellung des Esters

N-Acetyl-L-methioninäthylester wurde in folgender Weise hergestellt: 100 g L-Methionin wurden mit 700 ml Äthanol gemischt, das 30 g NaOH enthielt, so dass eine rührfähige Aufschlämmung entstand. Diese Mischung wurde langsam unter Rühren mit 1,5 Moläquivalent (bezogen auf L-Methionin) Essigsäureanhydrid versetzt und kontinuierlich gerührt, bis die Aufschlämmung sich in eine klare Lösung verwandelte.

Die entstandene klare Lösung enthielt N-Acetyl-L-methionin gelöst in Äthanol. Diese Lösung wurde unter Rühren mit genügend Schwefelsäure zur Neutralisation des Natriumhydroxids und zum schwachen Ansäuern der Lösung versetzt. Unter 5 diesen Bedingungen wird N-Acetyl-L-methionin in N-Acetyl-L-methioninäthylester umgewandelt. Das durch Reaktion von noch vorhandener Essigsäure bzw. restlichem Eisessig mit Natriumhydroxid gebildete Äthanol und Äthylacetat wurde durch Erwärmen der Mischung unter Vakuum entfernt und die io zurückbleibende Mischung mit Chloroform aufgeschlämmt und zur Entfernung von Natriumsulfatsalz abfiltriert. Die Lösung des Esters in Chloroform wurde dann zur Entfernung aller noch verbliebenen Salze mit Wasser gewaschen und unter Vakuum zur Entfernung des Chloroforms erwärmt. Das ent-15 stehende Material war N-Acetyl-L-methioninäthylester.

Die oben beschriebene Herstellungsmethode ist zweckmässig, doch sind auch andere Methoden bekannt und können angewendet werden.

20 (B) Ergänzte Nahrungsmittelprodukte oder

Futtermittelprodukte Die Ergänzung von verschiedenen Proteinausgangsstoffen mit N-Acetyl-L-methioninäthylester, N,N'-Diacetyl-L-cystin-äthylester bzw. N-Acetyl-L-cysteinäthylester erfolgt durch 25 Zugabe des jeweiligen Aminosäurederivats zu den folgenden, Protein enthaltenden Stoffen:

Proteinherkunft % Zusatz auf Gesamtprotein

N-Acetyl-L-methionin- N,N'-Diacetyl-L-cystin- N-Acetyl-L-cysteinäthylester äthylester äthylester ab cd e f

Tierprotein

Kollagen (Gelatine)

4,3

10,3

3,28

4,4

3,3

4,4

Pflanzenprotein

Blatt (Luzerne)

0,9

6,8

0,9

2,1

0,9

2,1

Ölsamen

Sojabohnen

Gries

1,4

7,2

1,6

2,7

1,6

2,7

Konzentrat

1,5

7,3

1,7

2,8

1,7

2,8

Isolât

2,0

7,7

1,9

3,0

1,9

3,0

Baumwollsamen

0,4

6,2

0,9

2,1

0,9

2,1

Erdnuss

1,7

7,3

1,3

2,3

1,3

2,3

Sonnenblumen

3,9

5,3

0,9

2,1

0,9

2,1

Flachsmehl

(Leinsamenmehl)

0,1

5,9

1,0

2,2

1,0

2,2

Getreide

Weizen (Gluten)

2,6

5,3

0,3

1,4

0,3

1,4

Weizen

2,6

4,1

—

—

-

Mais

3,9

5,6

0,9

2,1

0,9

2.1

Gerste

2,6

4,8

0,5

0,8

0,5

0,8

Hafer

0,8

6,6

1,6

2,7

1,6

2,7

Reis

0,5

6,3

1,7

2,8

1,7

2,8

Milchprotein

Kasein

2,3

5,2

2,8

4,0

2,8

4,0

Nicht-fette Milchfeststoffe

3,4

5,7

2,1

3,2

2,1

3,2

Molkeprotein

2,3

4,6

-

-

-

-

Lactalbumin

2,3

5,3

0,1

0,3

0,1

0,3

Meerestierprotein

Fischprotein Konz.

1,1

4,3

0,1

1,3

0,1

1,3

Der Ernährungswert jedes der obigen proteinhaltigen Nahrungsmittel oder Futtermittel wird durch die Zugabe der angegebenen Aminosäurederivate erheblich verbessert, wenn der Zusatz einen ersten begrenzenden Mangel korrigiert. Dies

65 ist stets der Fall, entweder von sich aus wie etwa bei Sojabohnenprotein oder als Ergebnis eines vollständigen Ergänzungsschemas, durch das zunächst erste begrenzende Bedingungen von anderen als schwefelhaltigen Aminosäuren korrigiert

7

623 206

worden sind. Diese Verbesserung wird überdies ohne erhebliehe Nachteile in bezug auf Geruch und Geschmack und ohne Erzeugung von potentiell toxischen und/oder störenden Abbauprodukten erzielt.

Die Prozentwerte der Zusätze im obigen Beispiel sind so berechnet, dass das angegebene Protein bezüglich Schwefelaminosäuren auf einen dem Wert von Vollprotein vergleichbaren Wert gebracht wird. Bei diesem Beispiel wird eine gleichwertige Aufwertung auch erzielt, wenn das N-Acetyl-L-methioninäthylester, der N,N'-Diacetyl-L-cystinäthylester bzw. der N-Acetyl-L-cysteinäthylester durch ernährungsmässig äquivalente Mengen der entsprechenden Derivate mit folgenden Acylgruppen ersetzt werden: Formyl, Propionyl, Butyryl, Valeryl, Capryl, Enanthyl, Caprylyl, Pelargonyl oder wenn als Estersubstituent eine der folgenden Gruppen verwendet wird: Methyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, Tetradecyl, Pentadecyl, Hexadecyl, Heptadecyl, Octadecyl, Nonadecyl, Eicosyl, Hene-cosyl bzw. Docosyl.

Die folgenden Beispiele erläutern erfindungsgemäss ergänzte Produkte.

Beispiel 2

Es wird ein fleischartiges Produkt nach folgender Rezeptur und Arbeitsweise hergestellt:

Komponente Gewichtsteile

Erdnusspaste 90,0

Salz 1,2

Saccharose 5,8

Melasse 0,5

Sojabohnen-Monoglyceride 0,7

Rapssamenöl (Jodzahl 2) 0,56

Sojabohnenöl (Jodzahl 2) 0,84

10 Sojabohnenöl (Jodzahl 107) 0,40

Eine Probe dieser verstärkten Erdnussbutter wird 150 min im Wasserbad bei 95° C erwärmt. Es wird kein Nebengeruch oder Nebengeschmack festgestellt. Wenn die im übrigen glei-15 che Erdnussbutter jedoch mit 0,4 Gewichtsteilen L-Methionin versetzt wird, werden nach 2 Std. Erhitzen im Wasserbad bei 95° C starker Geruch und Nebengeschmack festgestellt.

Wenn die Erdnussbutter in Beispiel 3 durch äquivalente Mengen einer glatten Sojabohnenpaste (geschälte deodori-20 sierte zerkleinerte ganze Bohnen) ersetzt wird, erhält man bezüglich Geschmack bei Ergänzung mit N-Acetyl-L-methio-ninmethylester gleichwertige Ergebnisse.

Beispiel 4

25 Ein Konservenfutter für Haustiere wird durch Vermischen und Abfüllen der folgenden Zubereitung in Dosen hergestellt:

Komponente

Gewichtsteile Komponente

Gewichtsteile

Sojabohnenkonzentrat (70% Protein) Wasser

N-Acetyl-L-methioninäthylester

Fett

Stärke

Fleischextraktgeschmack Lebensmittelfarbe und Salz

60,0 40,0 2,0 10,0 10,0 5,0

30

Wasser Weizenmehl So j abohnenkonzentrat N-Acetyl-L-methioninpropylester 35 Kollagen jodiertes Salz

Rindfleischextraktgeschmack

Maismehl

Fett

56 5 25 1

1

0,3

2 10 10

Die Komponenten werden zur Bildung eines Teigs vermischt und dieser durch einen 19-mm-Extruder («Braben-der») bei einer Extrudertemperatur von 150° C geführt. Im Extruder entwickelt sich ein Druck von etwa 30 kg/cm und aus der 4-mm-Abgabedüse wird ein zylindrisches Produkt extru-diert. Das Extrudat wird getrocknet und zu einer Teilchen-grösse entsprechend einem mittleren Durchmesser von 6,4 mm gemahlen. Bei Hydratisierung des Produktes, Formung von Hackfleischsteaks und Braten mit Öl in einer Pfanne wird kein durch Abbauprodukte von Methionin bedingter Nebengeruch beobachtet.

Wenn der N-Acetyl-L-methioninäthylester in Beispiel 2 durch ernährungsmässig äquivalente Mengen eines der folgenden Stoffe ersetzt wird, werden ebenfalls keine Nebengerüche wahrgenommen, die Abbauprodukte der Derivate zuzuschreiben sind: N-Formyl-L-methioninmethylester, N-Acetyl-L-me-thioninmethylester, N-Propionyl-L-methioninäthylester, N-Propionyl-L-methioninmethylester, N-Valeryl-L-methionin-propylester, N-Enanthyl-L-methionindodecylester, N,N'-Ace-tyl-L-cystinäthylester, N,N'-Acetyl-L-cystinmethylester, N-Acetyl-L-cysteinäthylester, N-Enanthyl-L-cysteinäthylester bzw. N-Propionyl-L-cysteinpropylester.

Beispiel 3

Durch Zugabe von 0,6 Gewichtsteilen N-Acetyl-L-methio-ninmethylester zu handelsüblicher Erdnussbutter der unten angegebenen Zusammensetzung wird eine ergänzte bzw. angereicherte Erdnussbutterzubereitung hergestellt:

40

Das in Dosen abgefüllte Produkt wird nach dem Ver-schliessen im Autoklav 30 min auf 150° C erhitzt. Bei Öffnung der Dosen wird kein Hinweis auf Methioninabbau festgestellt.

45 Beispiel 5

Ein komplettes Viehfutter gemäss der Erfindung wird durch Mahlen und Vermischen der folgenden Komponenten hergestellt:

50

55

60

Komponente

Gewichtsteile

Heu («Timothy»)

dehydratisierte Luzerne gelber Mais

Maisstärke jodiertes Salz

Knochenmehl

Sojabohnenmehl

N-Acetyl-L-methioninäthylester

Biuret

960 40 600 300 10 20 30

1,0 28

Dieses Futter wird 180 kg schweren Stieren in einer Dosierung von etwa 5,4 kg pro Tag verabreicht. Die so ernährten 65 Tiere zeigten optimale Wachstumsraten und das Futter ist durch Fehlen von potentiell toxischen Abbauprodukten der Methioninergänzung charakterisiert.

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