DD223355A1

DD223355A1 - Verfahren zur behandlung von proteinen

Info

Publication number: DD223355A1
Application number: DD26264484A
Authority: DD
Inventors: Gerhard Mieth; Christoph Schneider
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1984-05-03
Filing date: 1984-05-03
Publication date: 1985-06-12
Also published as: DD223355B5

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Proteinen aus pflanzlichen, tierischen und/oder mikrobiellen Rohstoffen, vorzugsweise von Proteinisolaten, zwecks Strukturierung. Die behandelten Proteine sind zum Einsatz in Fleisch- und Fischprodukte, sowie fuer die Herstellung von kuechenfertigen Speisenzubereitungen bestimmt. Erfindungsgemaess wird eine waessrige proteinhaltige Dispersion nach vorausgegangener physiko-chemischer Modifizierung, gegebenenfalls anschliessend in Gegenwart eines Vernetzungsreagenz und/oder Komplexbildners, bei bestimmten festgelegten Bedingungen einer Gefrierstrukturierung und die Strukturate einer thermischen Verfestigung unterworfen.

Description

Erfinder: Dr.'Gerhard Mieth

Dr. Christoph Schneider

Verfahren zur Behandlung von Proteinen Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Proteinen aus pflanzlichen, tierischen und/oder mikrobiellen Rohstoffen, vorzugsweise von Proteinisolaten, zwecks Strukturierung.

Die strukturierten Proteine sind speziell zur Substitution von Fleisch- und Fischprodukten sowie zur Herstellung von Spezialerzeugnissen, v/ie küchenfertige Speisenzubereitungen, einsetzbar.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Verfahren der Wahl zur Strukturierung von Proteinen stellen einmal die Druckverformung (Extrudierung), zum anderen die Faserbildung (Verspinnung) dar, wobei im erstgenannten Falle überwiegend entfettete Mehle und Konzentrate, im letztgenannten Falle hingegen ausschließlich Proteinisolate eingesetzt werden.

Daneben ist auch die Gewinnung von Strukturaten aus proteinangereicherten Präparaten durch Frostung mit einer nachfolgenden Verfestigung bekannt. Beispielsweise wird in DE-AS 2 211 944 die Herstellung eines Muskelgewebe-ähnlichen Nahrungsmittels aus einer Proteinsuspension durch gelenktes Gefrieren mit nachfolgender Erhitzung beschrie-

ben, und DE-AS 2 211 943 beinhaltet in entsprechender Weise die Herstellung eines Fleischsurrogates, wobei u. a. Fleisch- und Fischprodukte zugesetzt werden. Ähnliche Lösungen liegen weiteren Patentschriften zugrunde; diese unterscheiden sich vor. allem voneinander durch die gewählten Gefrier- und Verfestigungsbedingungen (Erhitzung, Ge- ·' friertrocknung,'Alkoholbehandlung) sowie die Art der eingesetzten Roh- und Zusatzstoffe.

Als besonderer Nachteil dieser in der Regel' in der Nähe des Neutralpunktes, d. h. bei pH-Werten von 6,0 bis 8,0 durchgeführten Strukturierungsprozesse ist einerseits das geringe Adsorptions- und Emulgiervermögen der Endprodukte anzusehen, das sich in hohen Kochverlusten an Wasser und Fett während der thermischen Verfestigung v/iderspiegelt. Auch sind derartige Produkte von zäher bis harter Textur« Andererseits werden durch Frostung bei pH-Werten oberhalb und unterhalb des Neutralpunktes zwar Endprodukte mit einem hohen V/asser- und Fettbindungsvermögen erhalten, diese sind jedoch von mehr oder weniger amorpher Struktur und nicht formstabil, sondern ergaben puddingartige Endprodukte.

Ein weiterer Nachteil letztgenannter Verfahren ist, daß wasserlösliche Proteinfraktionen (Albumine) nicht strukturierbar sind, was gleichermaßen für bestimmte Globuline außerhalb des isoelektrischen Punktes zutrifft.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht demzufolge in. der Entwicklung eines Verfahrens zur Behandlung von Proteinen aus proteinangereicherten, pflanzlichen, tierischen und/oder mikrobiellen Rohstoffen, das die Herstellung strukturierter, formstabiler Produkte mit variabler Struktur sowie hoher Wasser- und Fettbindung bei unterschiedlichen pH-Werten ermöglichte, Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, spezifi-

sehe Verfahrenstedingungen aufzuzeigen, unter denen proteinangereicherte Produkte in solche geordnete Strukturen transformierbar sind, daß die Endprodukte eine hohe V/asserund Fettbindung bei gleichzeitig guter Strukturstabilität und Textur aufweisen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Erfindungsgemaß werden wäßrige Dispersionen proteinangereicherter Produkte aus pflanzlichen, tierischen und/oder mikrobiellen Rohstoffen, vorzugsweise von Proteinisolaten, nach vorausgegangener physiko-chemischer Modifizierung, anschließend, gegebenenfalls in Gegenwart eines anorganischen oder organischen Vernetzungsreagenzes, wie mehrwertige Metallsalze, Oxydationsmittel oder Aldehyde, vorzugsweise Kalzium- oder Aluminiumchlorid, Wasserstoffperoxyd und Dialdehydstärke in Konzentrationen von 0,1 bis 1,0 % und/oder polyanionischer Komplexbildner, wie Polyphosphate, Polysaccharide, Isopolysäuren und Polycarbonsäuren, vorzugsweise Alginate, Pektinate, Carboxymethylzellulosen und Hexametaphosphate in Konzentrationen von 1,0 bis 5,0 %_} bezogen auf den Proteingehalt der wäßrigen Dispersionen einer Gefrierstrukturierung bei pH-Werten zwischen 2,0 und 8,0, vorzugsweise im isoelektrischen Bereich der Hauptproteinfraktion von 3,0 bis 5,0 und Temperaturen von -5 bis -50 ⁰C mit nachfolgender thermischer Verfestigung durch Erhitzen auf Temperaturen -100 ⁰C, vorzugsweise bei 1 atü Überdruck, unterworfen.

Wie nämlich gefunden wurde, erweist sich eine Konforinationsänderung von Proteinen durch eine physiko-chemische Modifizierung frischpräzipitierter oder getrockneter Proteinisolate in wäßriger Suspension, bei einem Proteingehalt der Proteindispersdon von 10 bis 40 %, vorzugsweise 20 bis 30 %, durch 1 bis lOstündige Einwirkung von Säuren oder Laugen bei Raumtemperatur sowie pH-Werten unterhalb des isoelektrischen Punktes oder oberhalb des Neutralpunktes, vorzugsweise bei pH-Werten zwischen 2,0 und 3,0

oder 9jO "bis 10,O.als notwendige Voraussetzung im Hinblick auf die Gewinnung von Strukturaten mit einer hohen V/asser- und Fettbindung, guter Thermo Stabilität und- variabler Textur. Weiterhin wurde gefunden, daß dabei durch den Zusatz von Vernetzungsreagenzien oder Komplexbildnern günstige Randbedingungen für die Erzielung auch in . einem breiten pH-Bereich thermisch stabiler Produkte geschaffen werden. Auch wird durch derartige Zusatzstoffe die Ausbeute und biologische Wertigkeit der Strukturate wesentlich verbessert, da infolge intermolekularer 'Wechselwirkungen zwischen Proteinfraktionen mit unterschiedlichen Molmassen Proteinverluste während des Erhitzungsprozesses hintangehalten und essentielle Aminosäuren angereichert werden. '

Die Struktur der Endprodukte hängt wesentlich sowohl vom Ausmaß der Proteindenaturierung während der physiko-chemisch en Modifizierung, als auch den beim Gefrieren gewählten Milieubedingungen ab. Beispielsweise resultieren bei pH-Werten unterhalb des isoelektrischen Punktes der Hauptproteinfraktion · körnige , bei pH-Werten des isoelektrischen Punktes s-chwammartige und bei pH-Werten oberhalb des isoelektrischen Punktes faserartige Strukturate. Die Struktur der Endprodukte wird daneben in bekannter Weise vom Zeit-Temperatur-Regime während des Gefrierens beeinflußt und Hißt sich durch gefrierpunkterniedrigende Zusatzstoffe, vorzugsweise 1 bis 10 % Kochsalz oder Glycerol, in gewissem Maße lenken. Das gilt in ähnlicher Weise für den Erhitzungsprozeß, bei dem sich vor' allem eine Druckanwendung positiv auf die Festigkeit der Endprodukte auswirkt.

Die erfindungsgemäß, strukturierten Proteine sind prädestinierte Zusatzstoffe für die Substitution von Fleischwaren; sie stellen aber auch nach Einarbeiten von zerkleinertem Fleisch.oder Fisch und weiteren Ingredenzien, wie Aromen, Gewürze, Salze und Fette, vor oder nach dem

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Gefrieren eine eigenständige, zum direkten Verzehr geeignete Produktpalette dar, die "beispielsweise'in Assiettenform für die Gemeinschaftsverpflegung verwendbar ist.

Durch die erfindungsgemäßen Behandlungsoperationen werden somit günstige Voraussetzungen und Bedingungen für eine Gefrierstrukturierung und Thermoverfestigung von Proteinisolaten bei zugleich gezielter Einflußnahme auf gebrauchswertbestimmende anwendungstechnische Eigenschaften, wie die Textur, Saftigkeit und Zartheit, der Endprodukte geschaffen. »

Die Erfindung v/ird anhand nachstehender Ausführungsbeispiele näher, erläutert.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

Eine 15 %ige Dispersion eines durch -Extraktion mit ver-, dünnter Natronlauge bei pH 8,0 und Präzipitation bei pH 4,0 gewonnenen Proteinisolates von Sojabohnen wird nach 6stündiger Inkubation mit verdünnter Salzsäure bei pH 3,0 unter Zusatz von 0,1 % Kalziumchlorid sowie Rückstellung des pH-Wertes auf 4,5 bei -20 ⁰C gefrostet und durch 15 min Erhitzen bei 1 atü verfestigt. Das anfallende Endprodukt weist eine feinfaserige Struktur auf.

Beispiel 2

Eine durch Extraktion mit 5 %iger Kochsalzlösung erhaltene, mittels Ultrafiltration auf einen Proteingehalt von 10 % aufkonzentrierte Dispersion von Rapsproteinen v/ird nach 1 stündiger Inkubation mit verdünnter Schwefelsäure bei pH 2,5 unter Zusatz von 2 % Natriumalginat sowie Rückstellung des pH-Wertes auf 3,5 bei -40 ⁰C gefrostet und 30 min auf 100 ⁰G erhitzt.

Das anfallende Endprodukt weist eine schwammige Struktur auf.

Beispiel 3

Ein durch Extraktion mit 0,5 %iger Natriumsulfitlösung bei pH 8,0 und Präzipitation bei pH 4,0 gewonnenes Proteinisolat aus entfetteten Sonnenblumensamen wird nach lOstündiger Inkubation mit Milchsäure bei pH 4,0 unter Zusatz von 0,1 % Wasserstoffperoxid sowie Rückstellung des pH-Wertes' auf 5,0 bei -20 ⁰G gefrostet und 20 min auf 1 atü erhitzt.

Das anfallende Endprodukt weist eine grobfaserige Struktur, auf. .

Beispiel 4 '

Eine 25 Masseteile säuregefälltes Kasein enthaltene Pro- . teindispersion wird 2 h mit verdünnter Natronlauge bei einem pH-Wert von 9,0 inkubiert sowie nach Rückstellung des pH-Wertes auf 5,5 unter Zusatz von 75 Masseteilen zerkleinertem Rindfleisch, 10 Masseteilen Schmalz sowie weiteren Ingredenzien bei -50 ⁰C gefrostet und- 40 min auf 100 ⁰G erhitzt.

Da3 anfallende Bndprodukt weist eine schuppig-feinfaserige Struktur auf.

Beispiel 5

Eine durch 2stündige wäßrige Extraktion von Samenmehl bei pH 9,5 gewonnene Ackerbohnenproteinlösung wird bei pH 4,2 isoelektrisch mittels verdünnter Natronlauge ausgefällt. Das abgetrennte Präzipitat wird mit wenig Wasser aufgeschlämmt, mit verdünnter Salzsäure auf pH 3,5 eingestellt, nach Zugabe von 0,5 % Kalziumchlorid bei -25 G gefrostet und durch 30 min Erhitzen auf 100 °C verfestigt.

Das resultierende Produkt besitzt eine feinfaserige Struktur.

Beispiel 6

Eine durch 4stündige wäßrige Extraktion von Samenmehl bei

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pH 2,0 gewonnene Ackerbohnenproteinlösung wird einer Präzipitation mit Kalkmilch "bei pH 5,0 unterworfen. Das abgetrennte Präzipitat wird' "bei -30 ⁰C gefrostet und durch 20 min Erhitzen auf 100 ⁰C verfestigt. Das anfallende Endprodukt weist eine blättrige Struktur auf. * ·

Beispiel 7

Eine 20 Masseteile Sojaproteinisolat enthaltene Proteindispersion wird 1 h mit verdünnter Salzsäure bei einem pH-Wert von 4,0 inkubiert, mit 80 Masseteilen zerkleinertem Pischfleisch sowie weiteren Ingredenzien unter pH-Einstellung auf 6,0 vermischt, bei -10 ⁰G gefrostet und 20 min bei 1 atü erhitzt.

Das Endprodukt weist eine schuppig-grobfaserige Struktur auf.

Claims

Brfindungsansprüche

•1. Verfahren zur Behandlung von Proteinen durch Gefrieren und Erhitzen der Dispersionen proteinangereicherter Produkte aus pflanzlichen, tierischen und/oder mikrobiellen Rohstoffen, vorzugsweise Proteiriisolate, dadurch gekennzeichnet, daß wäßrige proteinhaltige Dispersionen nach vorausgegangener physiko-chemischer ' Modifizierung anschließend gegebenenfalls in Gegenwart eines Vernetzungsreagenzes und/oder Komplexbildnern, "bei pH-Werten zwischen 2,0 und 8,0, Vorzugsweise im isoelektrischen Bereich der Hauptproteinfraktion,von pH 3,0."bis 5,0, einer Gefrierstrukturierung und die Strukturate einer thermischen Verfestigung unterworfen werden.
2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die physiko-chemische Modifizierung durch 1 "bis lOstündige Behandlung mit Säuren "bei pH-Werten zwischen 2,0 und 3,0 oder Laugen bei pH-Werten zwischen 9,0 und 10,0 und Temperaturen von 15 bis 60 ⁰C erfolgt.
3. Verfahren nach Punkt 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Gefrieren bei Temperaturen von -5 bis -50 C in Gegenwart anorganischer oder organischer Vernetzungsreagenzien, wie mehrwertige Metallsalze, Oxydationsmittel und Aldehyde, vorzugsweise Kalzium- und Aluminiumchlorid, Wasserstoffperoxyd und Dialdehydstärke in Konzentrationen von 0,1 bis 1,0 % und/oder polyanionischer Komplexbildner, wie Polyphosphate, Polysaccharide, Isopolysäuren und Polycarbonsäuren, vorzugsweise Alginate, Pektinate, Carboxymethylzellulosen und Hexametaphosphate in Konzentrationen von 1,0 bis 5,0 %, bezogen auf den Proteingehalt der wäßrigen Dispersion, erfolgt.
4· Verfahren nach Punkt 1 "bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen auf Tempera
bei 1 atü, vorgenommen wird.

daß das Erhitzen auf Temperaturen ^100 ⁰C, vorzugsweise
5. Verfahren nach Punkt 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Proteindispersion vor oder nach dem Gefrieren zerkleinertes Fleisch oder zerkleinerter Fisch und Ingredenzien, wie Aromen, Gewürze, Fette und Salze, zugesetzt werden.
6. Verfahren nach Punkt 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Proteingehalt der Proteindispersion 10 bis 40 %,

- vorzugsweise 20 bis 30 %, beträgt.