DE2751572C2

DE2751572C2 -

Info

Publication number: DE2751572C2
Application number: DE2751572A
Authority: DE
Inventors: Kenneth C. Goodnight Jun.; Grant H. Evansville Ind. Us Hartman Jun.
Original assignee: Bristol Myers Co
Current assignee: Bristol Myers Co
Priority date: 1976-11-19
Filing date: 1977-11-18
Publication date: 1989-08-03
Also published as: US4088795A; CH634468A5; SG69283G; SE7712847L; AU512281B2; NL7712677A; FR2371151B1; DE2751572A1; MY8500143A; KE3348A; JPS5366455A; HK26084A; AU2921077A; CA1078249A; SE435232B; NZ185306A; FR2371151A1; GB1575336A; ZA776847B; PH13373A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines genießbaren Lipid-Protein-Produkts aus Ölsamen.

Bei der Aufarbeitung von Ölsamen zur Gewinnung von Pro teinen geht man im allgemeinen so vor, daß die Ölfraktion zunächst abgetrennt wird, weil sie bei der weiteren Aufar beitung Schwierigkeiten verursacht. Die ölfreien Samenrück stände werden dann zur Gewinnung der Proteine weiterbehan delt.

Diese Verfahrensweise ist auch der US-PS 37 36 147 zu ent nehmen. Die Aufarbeitung des entfetteten Ölsamenmaterials erfolgt gemäß dieser Patentschrift dann dadurch, daß man die Proteine aus dem zerkleinerten Samenmaterial bei leicht alkalischem pH-Wert von 8-12 extrahiert und den Extrakt bei pH-Werten von 2-11 bzw. über 5 bis unter 7 einer Ultra filtration unterzieht. Auf diese Weise soll Phytinsäure entfernt werden, die die Lebensmittelqualität der extra hierten Porteine erheblich beeinträchtigt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines genießbaren Lipid-Protein- Produkts aus Ölsamen bereitzustellen, das mit hohen Pro teinausbeuten verläuft und ein Produkt mit niedrigem Phy tinsäuregehalt ergibt. Diese Aufgabe wird gelöst durch das erfindungsgemäße Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man

a) zerkleinertes Ölsamenmaterial einer wäßrigen Extraktion bei einem pH oberhalb von 10,1 unterzieht,
b) die unlöslichen Bestandteile aus dieser Suspension bei einem pH oberhalb von 10,1 abtrennt und
c) die erhaltene Emulsion einer Ultrafiltration bei pH 6 bis 10 unterzieht, wobei das gelöste Protein und die Lipide im Retentat vorhanden sind.

Ölhaltige Samen (Ölsamen), die erfindungsgemäß verwendet werden können, sind Kichererbsen, Rapssamen, Kokosnüsse, Baumwollsamen, Erdnüsse, Saflorsamen, Sesamsamen, Sojabohnen und Sonnenblumenkene. Sojabohnen sind für diese ölhaltigen Samen repräsentativ und werden deshalb in der Beschreibung beispielhaft verwendet. Andere Samen, welche wesentliche Mengen an Protein und Öl enthalten, können auf ähnliche Weise wie oben beschrieben behandelt werden, wobei eventuelle Verfahrensänderungen dem Fachmann bekannt sind. Sojabohnen werden erfindungsgemäß bevorzugt verwendet.

Rohmaterialien und Vorbehandlung

Erfindungsgemäß werden gemahlene ganze Sojabohnen vorzugs weise als Ausgangsmaterial gewählt. Es können auch gemahlene geschälte Bohnen verwendet werden, wobei dies aber keinen Vorteil bringt, da unlösliches Material und lösliche Kohlen hydrate in späteren Verfahrensstufen entfernt werden und die Anwesenheit der Hülsen diese Entfernung nicht erschwert. Das Mahlen kann in trockenem Zustand erfolgen, man kann aber auch eine wäßrige Suspension der Bohnen mahlen. Bevorzugt verwendet man Temperaturen oberhalb etwa 10°C um optimale Proteinqualitäten und Extraktionsausbeuten bei gründlicher Phytatentfernung, wenn letzteres gewünscht ist, zu erhalten. Übermäßiges Erhitzen des zerkleinerten Sojabohnen-Materials vor der Extration scheint die Proteinlöslichkeit zu verringern und eine alkali-stabile Bindung zwischen den Phytatkomponenten und anderen alkali-löslichen Sojabestand teilen, wahrscheinlich Proteinen, zu bilden, wodruch eine wirksame Phytatentfernung, wie nachstehend noch beschrieben wird, verringert ist.

Gewünschtenfalls kann man die Bohnen vor dem Mahlen blanchieren, wird dies jedoch getan, so sollte die Erhitzungs zeit begrenzt sein und das Blanchieren derart durchgeführt werden, daß eine Verringerung der Proteinausbeute ver mieden wird. Ähnlich kann man auch hadenlsübliches voll fettes Sojamehl als Rohmaterial verwenden, aber auch hier wählt man vorzugsweise ein Mehl, das nicht erhitzt wurde, da dies, wie oben bereits erwähnt, die Wirksamkeit der Proteinextraktion und der Phytatentfernung verringert. Es können auch Mischungen von fetthaltigen und entfetteten Mehlen verwendet werden. Es wird angenommen, daß das Blanchieren der ganzen Bohnen und das Mahlen im nassen Zustand die organoleptischen Qualitäten des erfindungsge mäßen Produkts verbessert.

Wenn man ein Produkt mit einem geringen Phytatgehalt wünscht, solle das zerkleinerte Sojabohnenroh material zuvor nicht mit Säure behandelt worden sein. Kommt das natürliche Sojaprotein in Gegenwart von Phytin säurekomponenten mit Säure in Kontakt, so ergeben sich alkalistabile Bindungen, welche die Wirksamkeit der nach stehend beschriebenen Methode zur Entfernung der Phytin säurebestandteile beeinträchtigen. Demgemäß sind zerkleinerte Sojamaterialien, wie mittels Säure ausgefällte Sojakonzentrate, welche durch Extraktion löslicher Kohlenhydrate mittels Säure am isoelektrischen Punkt des Sojaproteins hergestellt wurden, keine geeigneten Ausgangsmaterialien.

Stufe a) Herstellung einer wäßrigen Suspension von Sojabohnen-Lipiden

Die Suspension wird bei einem pH oberhalb von 10,1 unter Verwendung eines der oben genannten lipidhaltigen zerkleinerten Sojamaterialien her gestellt.

Bei einem pH-Wert von 10,1 bis 14 werden die Phytate unlöslich und können zusammen mit anderen unlöslichen Be standteilen in einer nachfolgenden Stufe entfernt werden.

Gewöhnlich verwendet man für die Extraktion 4 bis 40 Gewichts teile Wasser oder wäßrig-alkalische Lösung pro Gewichtsteil zerkleinertem Sojamaterial. Vorzugsweise verwendet man 8 bis 16 Gewichtsteile Wasser oder wäßrige Lösung. Natrium hydroxyd, Kaliumhydroxyd oder andere, nicht-toxische, wasser lösliche Basen, welche bei Nahrungsmitteln gebräuchlich und mit dem Sojaprotein verträglich sind, können verwendet werden, um die Lösung basisch zu machen. Erdalkali metallhydroxyde, wie Bariumhydroxyd oder Calciumhydroxyd verursachen bei bestimmten Anwendungsbedingungen Ausfällung des Sojaproteins und sind nicht bevorzugt. Wenn aus dem Extrakt eine maximale Menge an Protein gewonnen werden soll, ver wendet man relativ große Mengen Extraktwasser oder alkalische Lösung, wobei die Feststoffe durch Zentrifugieren und erneute Extraktion entfernt werden können. Wenn Feststoffrück stände als Tierfutter verwendet werden sollen, kann es wünschenswert sein, eine weniger gründliche Extraktion durchzuführen oder das Waschen der Feststoffe nach Entfernen der überstehenden Flüssigkeit zu unterlassen. Ähnlich können die Zeiten und Temperaturen verändert werden, um sie speziellen Verfahren und Ausrüstungen anzupassen. Vorzugs weise begrenzt man jedoch die Zeitdauer während der das Produkt hohen alkalischen pH Werten wie pH 12 oder darüber ausgesetzt ist auf nicht mehr als 2 Stunden bei 25°C, um eine chemische Zersetzung des Proteins zu vermeiden.

Wenn es wünschenswert ist, die Phytinsäurebestandteile zu entfernen und ein Soja-Lipid-Protein-Produkt zu erhalten, das sowohl einen niedrigen Kohlenhydrat- als auch Phytin säureanteil hat, sollte die Suspension in Stufe a) vorzugsweise bei pH 11 bis 12 und insbesondere pH 11,4 bis 11,8 gebildet werden.

Dadurch wird die Bindung des löslichen Phytinsäure-Sojaprotein komplexes unterbrochen und die Phytate werden unlöslich. Die bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung ver wendeten Bezeichnungen Phytat oder Phytate stehen für Salze der Phytinsäure oder molekulare Komplexe von Phytinsäure mit anderen Sojabestandteilen. Nachdem die Phytate bei pH 10,1-14 unlöslich gemacht worden sind, werden sie mittels herkömmlicher Techniken zur Feststoffentfernung, wie zentrifugieren oder abfiltrieren in nachfolgenden Verfahrens stufen abgetrennt.

Hinsichtlich der Alkalibehandlung in Stufe a) wurde gefunden, daß der Phytatgehalt des Extrakts bei pH-Werten oberhalb 10,1 abrupt abfällt. Bei pH 10,6 erhält man einen Extrakt mit einem Phytatgehalt von etwa 1 g/1100 g Feststoffen im Extrakt. Bei pH 11,0 liegt der Phytatgehalt bei etwa 0,05 g/100 g Feststoffe. Wenn bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung die Bezeichnung "mit niedrigem Phytatgehalt" verwendet wird, bezeichnet sie ein Produkt, das weniger als 0,5 g Phytat pro 100 g Feststoffe, und vorzugsweise weniger als 0,3 g Phytat pro 100 g Feststoffe enthält. Bei zu nehmendem pH-Wert nimmt die Tendenz zu, daß das Protein hydrolysiert und eine Kondensation über die Schwefel ent haltenden Aminosäuren erfolgt. Wenngleich die Phytatent fernung bei allen pH-Werten oberhalb pH 10,1 erfolgt, so ist sie bei pH-Werten oberhalb 11,0 noch wirksamer. Vorzugs weise arbeitet man in einem Bereich von etwa pH 11 bis 12, am bevorzugtesten bei pH 11,4 bis 11,8 um soweit möglich einen Verlust an Proteinqualität aufgrund von Hydrolyse oder Kondensation schwefelhaltiger Aminosäuren zu verhindern und trotzdem eine wirksame Phytatentfernung zu erreichen. Die Temperatur während der Phytatabtrennung, die sich an die alkalische Behandlung anschließt, sollte vorzugsweise mindestens 10°C, noch bevorzugter 10 bis 50°C und ins besondere 15°C bis 30°C betragen. Es wurde gefunden, daß die Phytatentfernung nach alkalischer Behandlung bei pH 11 bis 12 bei 10°C oder darunter unvollständig, aber dennoch bedeutsam ist. Bei 10°C wird etwa die Hälfte des Phytats entfernt, während bei 20°C 90% und bei 30°C mehr als 99% des Phytats entfernt werden. Die vorgenannten Temperturbereiche sind die optimalen Werte für die Auf trennung der löslichen Sojaprotein-Phythinsäure-Komplexe und zur Unlöslichmachung der Phytate und Phytinsäurederivate. Unter manchen Herstellungsbedingungen können sich andere Temperaturbereiche als geeigneter erweisen, da die Temperatur, bei der der Phytatniederschlag gebildet wird, einen Einfluß auf dessen physikalische Eigenschaft hat, die wiederum die Filtrations- und Zentrifugierungseigenschaften beeinflussen. Eine empirische Wahl der optimalen Temperatur bei der das Phytat unlöslich gemacht wird, für jede gegebene Herstellungs einrichtung ist wünschenswert. Optimale Werte liegen gewöhnlich im Bereich von 15°C bis 30°C. Bei Temperaturen oberhalb 50°C nimmt die Tendenz zur Hydrolyse des Proteins und zur Bildung unerwünschter Proteinreaktionsprodukte zu; somit sind höhere Temperaturen zu vermeiden.

Die Zeitdauer, während der der Sojaprotein enthaltende Extrakt einer wäßrigen Base im Bereich von pH 10,1 bis 14 zur Phytatausfällung ausgesetzt ist, sollte abhängig von der verwendeten Temperatur begrenzt werden, so daß kein wesentlicher Verlust der Proteinqualität auftritt. Ein ge eigneter Weg, dies sicherzustellen ist es, den Cystein gehalt des Proteins zu bestimmten, da Cystein unter den Amino säuren am ehesten bei den verwendeten alkalischen Bedingungen aus dem Sojaprotein verlorengehen kann. Es wurde gefunden, daß bei pH 11 und Temperaturen im Bereich von 20 bis 30°C bis zu 6 3/4 Stunden praktisch kein Cysteinverlust auftritt. Jedoch bei pH 12 tritt ein deutlicher Cystein verlust während 2 3/4 Stunden bei 40°C ein. Bei 20°C und pH 12 ist der Cysteinverlust während 2 3/4 Stunden nicht bemerkenswert, jedoch sind nach 6 3/4 Stunden praktisch 15% des Cysteins verloren. Demgemäß wird für die Phytat ausfällung eine Zeitdauer bis zu 1/2 Stunde empfohlen, diese Zeitdauer kann jedoch länger sein, wenn man im unteren pH-Bereich arbeitet. Bei pH-Werten von 12 und höher ist eine genaue Begrenzung der Zeitdauer, während der das Material dem alkalischen Medium ausgesetzt ist, notwendig, wobei man den Gehalt der Aminosäure Cystein überwacht.

Zusammenfassen kann gesagt werden, daß die Zeitdauer, während der der alkalische, wäßrige Sojaextrakt im Bereich von pH 10,6 bis 14 zur Phytatausfällung behandelt wird, so gewählt werden sollte, daß unter den gewählten pH- und Temperaturbedingungen die Zeitdauer so ist, daß nicht mehr als etwa 10% des Cysteins des Sojaprotein enthaltenden Extrakts zerstört wird. Verfahrensbedingungen, bei denen wesentlich mehr als 10% zerstört werden sind unerwünscht, da eines der Ziele der vorliegenden Erfindung die Schaffung eines Sojaproteins mit verbesserter Nährwertqualität ist. Dies wird durch Zersetzung des Sojaproteins und den Verlust gewisser Aminosäure-Werte, insbesondere Cystein verhindert.

Stufe b) Abtrennung des Teilchenmaterials

In Stufe b) erfolgt die Abtrennung der verbrauchten Flocken und der unlöslich gemachten Phytate. Man erhält eine wäßrige Emulsion von Lipidmaterial, welche Protein und Kohlenhydrate enthalten kann. Es können herkömmliche Vorrichtungen für Abtrennungsver fahren, wie beispielsweise Zentrifugieren, verwendet werden. Die gleichen Einschränkungen hinsichtlich Zeit, Temperatur und pH-Wert, welche bei der Herstellung des Extrakts in Stufe a) zutreffend sind, sind für die Abtrennung des Teilchenmaterials in Stufe b) gültig.

Die wäßrige Sojalipid-Emulsion, aus der das Teilchenmaterial entfernt worden ist, ist für die weitere Verarbeitung höchst geeignet, wenn sie 1 bis 12 Gew.-% Protein, 1-10 Gew.-% Kohlenhydrate und damit verbundene Mineralstoffe enthält, welche während der Extraktion gelöst werden. Werden Extrakte hergestellt, welche mehr als 12 Gew.-% Protein enthalten, sind sie im allgemeinen viskos und sowohl unangenehm zu handhaben als auch unwirtschaftlich bei der weiteren Ver arbeitung während des Zentrifugierens, Filtrierens und Waschens.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die in Stufe b) hergestellte Emulsion einer kurzzeitigen Hitzebehandlung bei hohen Temperaturen bei einem pH von weniger als 10 aber oberhalb des isolelektrischen Punktes des Sojaproteins, vorzugsweise pH 7,0, unterworfen. Man verwendet eine Temperatur im Bereich von 60°C bis 150°C während 1 Sekunde bis zu 30 Minuten. Die Wahl der geeigneten Kombination von Zeit und Temperatur wird weiter unter noch näher beschrieben. Die Hitzebehandlung in diesem Stadium hat den Vorteil, daß die Ultrafiltrationsdurchfluß rate in Stufe c) erhöht und der Mikrobenbefall soweit verringert wird, daß die Lösung während der Ultrafiltrations stufe nicht verderben kann.

Stufe c) Abtrennung der Kohlenhydrate

Die Filtration in Stufe c) erfolgt vorzugsweise unter Ver wendung einer Ultrafiltrationsvorrichtung, welche eine semi-permeable Membran enthält, die die Proteinbestandteile zurückhält und gelöste Materialien mit niedrigerem Molekular gewicht passieren läßt. Geeignet sind semi-permeable Membranen welche Proteine mit einem minimalen Molekulargewicht im Bereich von etwa 10 000 bis 50 000 Dalton zurückhalten können. Die Vorrichtung arbeitet bei einem Druck von etwa 2,0 kg/cm², aber auch Drücke im Bereich von 1,2 kg/cm² bis 8,03 kg/cm² und höher sind brauchbar. Die erfindungsgemäße Ultrafiltration unter scheidet sich von anderen Membranfiltrationsverfahren hin sichtlich der Porosität der verwendeten Membran und dem Druck, der auf das Retentat ausgeübt wird, um überschüssiges Wasser und Bestandteile mit niedrigem Molekulargewicht hindurchzupressen. Bei umgekehrten Osmoseverfahren beispiels weise verwendet man Membranen mit viel geringerer Porosität, welche Materialien mit viel niedrigerem Molekulargewicht zurückhalten als die Kohlenhydratebestandteile der Sojabohne, welche erfindungsgemäß entfernt werden sollen. Umgekehrte Osmoseverfahren sind auch beträchtlich teuerer in der Durch führung, da höhere Arbeitsdrücke und im allgemeinen niedrigere Durchflußraten verwendet werden.

Es wurde nun überraschend gefunden, daß die Anwesenheit von suspendiertem oder emulgiertem Fett in dem Extrakt, aus dem die Kohlenhydrate durch Ultrafiltration entfernt werden sollen, die Wirksamkeit der Ultrafiltration nicht beeinflußt und daß das suspendierte oder emulgierte Fett im Retentat zurückbleibt. Auf diese Weise kann man ein höchst erwünschtes Nahrungsmittelprodukt herstellen, das sowohl Fett als auch Proteine und wenig Kohlenhydrate enthält. Es ist schon lange bekannt, daß vom Standpunkt der menschlichen Ernährung aus gesehen die Kohlenhydrate zu den unerwünschten Bestandteilen der Sojabohnen gehören.

Die Filtration unter Verwendung einer semi-permeablen Membran erfolgt bevorzugt bei einem pH im Bereich von 6,5 bis 7,5, um das Protein zu schonen, jedoch ist dies nicht wesentlich. Bei pH-Werten oberhalb 10 können einige Filtrationsmembranen zersetzt oder beschädigt werden und darüber hinaus ist ein Verlust der Proteinqualität wahrscheinlicher. Deshalb führt man die Membranfiltration bei einem pH im Bereich von etwa pH 6 bis 10, bevorzugt bei pH 6,5 bis 7,5, durch.

Die Emulsion, die der Ultrafiltration unterworfen wird und das Retentat während des Ultrafiltrationsferfahrens hält man bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von etwa 45°C bis 75°C, um die Durchflußrate zu verbessern und einen Bakterienbefall minimal zu halten. Hinsichtlich des letzteren Punktes ist eine Temperatur von mind. ca. 60 bis 65°C bevorzugt. Temperaturen oberhalb 75°C sind unerwünscht, da dann chemische Zersetzung und Kondensationsreaktionen des Proteins vorkommen, wobei sich unerwünschte Nebenprodukte bilden und die Proteinqualität vermindert wird. Unterhalb etwa 60°C ist die Pasteurisierung weniger wirksam und das Produkt kann verderben. Unterhalb etwa 45°C ist die günstige Beeinflussung der Druchflußrate nur noch unerheblich.

Vorzugsweise wird ein Soja-Lipid-Protein Nahrungsmittel in flüssiger Form hergestellt, wobei die Proteinkonzentration etwa 3 bis 7 Gew.-% beträgt; für einige Zwecke können jedoch auch geringere oder höhere Konzentrationen erwünscht sein. Die Proteinkonzentration des Sojaproteins kann leicht auf jeden Wert im Bereich von 1 bis 12 Gew.-% eingestellt werden, indem man die Extraktionswassermengen und Permeat mengen entsprechend variiert. Solange das Protein in Lösung ver bleibt, kann man eindampfen oder verdünnen. Proteinlösungen mit Konzentrationen von weniger als 1 Gew.-% sind unwirt schaftlich und von geringem praktischem Interesse. Wenn man beispielsweise mit einer teilchenfreien Emulsion mit einer Proteinkonzentration von 3,5% beginnt und die Hälfte des Volumens als Permeat entfernt, so weist das Retentat eine Proteinkonzentration von 7% auf. Eine wesentliche Verringerung der Kohlenhydrate und der anorganischen Bestandteile erfolgt durch die Entfernung dieser Bestandteile mit dem Permeat wasser. Da die Sojakohlenhydrate, weil sie für den Menschen schwer zu verdauen sind, im allgemeinen unerwünschte Nahrungs mittelbestandteile darstellen, ist es wünschenswert, den größten Teil davon zu entfernen.

Der Kohlenhydratgehalt der erfindungsgemäß hergestellten Soja-Lipid-Protein-Nahrungsmittel wird bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung als Proteinkoeffizient bezeichnet, welcher das Verhältnis des Proteingehaltes zu der Summe aus Protein-plus Kohlenhydratbestandteilen ausdrückt. Für Kindernahrung wird ein Proteinkoeffizient von etwa 0,90 oder mehr bevorzugt, da die Soja-Kohlenhydrate bei Kindern, die mit Kindernahrung auf der Basis von Sojaprotein ernähert werden, Flatulenz und unerwünschte Stühle bewirken. Wäßrige Lipid-Protein-Nahrungsmittel mit einem Proteinkoeffizienten um etwa 0,8 sind als Zusatz zu herkömmlichen Nahrungsmitteln, wie Fleisch oder Brot für flüssige Nahrungsmittel für Erwachsene geeignet.

Es wurde gefunden, daß durch Konzentration eines 3,5 Gew.-% Protein enthaltenden Extrakts durch Ultrafiltration auf die Hälfte seines Volumens das Retentat für Kinder nahrung immer noch einen unerwünscht hohen Anteil an Kohlen hydraten aufweist. Ein derartiges Produkt ist jedoch für bestimmte andere Nahrungsmittelzwecke verwendbar. Es wurde gefunden, daß Diafiltration (eine Form der Ultrafiltration, bei der das Retentat kontinuierlich mit Wasser oder einer Waschlösung verdünnt wird) ein geeigneter Weg ist, weitere unerwünschte Kohlenhydrate und anorganische Bestandteile zu entfernen. Dabei wird kontinuierlich eine Diafiltrations lösung, vorzugsweise Wasser, zum Retentat gegeben, während es durch die Filtriervorrichtung zirkuliert und das Permeat wird entfernt. Die Diafiltration stellt somit einen Wasch vorgang dar, bei dem die unerwünschten Bestandteile mit niedrigem Molekulargewicht aus dem Retentat gewaschen werden.

Bezeichnet man gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Ausgangsvolumen der teilchenfreien Emulsion mit 1, so wird 1/2 Volumen Permeat durch Ultrafiltration entfernt und dann werden 1/2 bis 2 1/2 Volumina Wasser zur Verdünnung des Retentats während der Diafiltration verwendet, bis das gesamte gesammelte Permeatvolumen bis zu 3 Volumina ausmacht. Diafiltration bis zur Erzielung eines größeren Permeatvolumens ergibt nur eine geringe zusätzliche Reinigung. Man kann mit der Diafiltration allmählich kurz nach Beginn der Ultrafiltration beginnen und die Rate erhöhen, wenn man sich der gewünschten Proteinkonzentration nähert. Alternativ kann man auch vor der Diafiltration bis zum gewünschten Proteingehalt konzentrieren.

Anstelle von Wasser kann man auch Diafiltrationslösungen verwenden, welche für das Endprodukt gewünschte Bestandteile enthalten, oder Bestandteile welche die Proteinretention oder die Durchflußrate verbessern. Bei der Herstellung von Kindernahrung sind solche zusätzlichen Bestandteile für das fertige Produkt, welche die erfindungsgemäße Sojaprotein lösung als hauptsächlichen Bestandteil enthalten und die während der Diafiltration damit vereinigt werden können, Kohlenhydrate, Fette und Mineralbestandteile. Dies kann zwar manchmal vorteilhaft sein, ist jedoch keine allgemein be vorzugte Verfahrensweise, da zumindest ein Teil dieser Zusätze verlorengeht, indem er über die Membran in das Permeat übergeht. Diese Verluste können teilweise ausge glichen werden, indem man die gewünschten Bestandteile aus dem Permeat wiedergewinnt, oder indem man das Permeat wieder in das Diafiltrationswasser einführt.

Eine wünschenswerte zusätzliche Verfahrensweise ist eine kurzzeitige Hitzebehandlung des Extrakts (wie oben beschrieben) und/oder Retentats und/oder eines aus dem letzteren hergestellten flüssigen Nahrungsmittelprodukt bei hohen Temperaturen. Das Erhitzen erfolgt unter den oben (siehe Stufe b) angegebenen Tempertur- und Zeitbedingungen.

Unter dem Gesichtspunkt der Brauchbarkeit der wäßrigen Lipid-Protein-Nahrungsmittel der vorliegenden Erfindung bei der Herstellung von flüssigen Nahrungsmittelprodukten, wie Kindernahrung, Milchersatz und Mahlzeitenersatz oder Zusätzen, hat die Hitzebehandlung den Vorteil, daß sie den Nährwert des Proteins und die Funktionalität des Proteins verbessert, indem sie die Viskosität der Lösungen verringert und deren Löslichkeits- und Fettemulgiereigenschaften ver bessert. Diese Vorteile sind gegeben unabhängig davon, ob die Hitzebehandlung vor oder nach der Ultrafiltration statt findet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die kurz zeitige Hitzebehandlung in zwei Stufen, wobei eine relativ milde Hitzebehandlung vor der Ultrafiltration angewendet wird, um die Möglichkeit des Verderbens zu verringern und die Durchflußrate zu verbessern, und dann wird das fertige Sojaproteinretentat nach Entfernung der Kohlenhydratbestand teile einer strengeren Hitzebehandlung unterworfen. Dies hat den Vorteil, daß ein Braunfärben, das durch eine Reaktion der Sojakohlenhydrate mit dem Sojaprotein entsteht, wenn Kohlenhydrate enthaltende Sojaproteinextrakte erhitzt werden, nur noch minimal auftreten kann. Beispielsweise kann man den geklärten Extrakt unmittelbar vor der Ultrafiltration einer milden Hitzebehandlung von etwa 60°C während 30 Minuten bis zu 130°C während 1 Minute unterwerfen, dann auf eine Temperatur von etwa 45 bis 75°C abkühlen und anschließend, wie oben beschrieben mittels Ultrafiltration reinigen. Das sich dann ergebende wäßrige, gereinigte Sojaproteinlösungs retentat kann man dann einer weiteren, strengeren Hitzebe handlung unterwerfen, um die Funktionalität des Proteins zu verbessern und nahrungsschädliche Bestandteile zu zerstören. Für diese zweite Hitzebehandlung kann man eine Temperatur im Bereich von etwa 110°C während 1 Minute bis zu etwa 150°C während 1 Sekunde anwenden. Die zweite Hitzebehandlung kann in anschließenden Verfahrensstufen durchgeführt werden, wobei ein flüssiges Nahrungsmittelprodukt aus dem wäßrigen, gereingiten Sojaprotein hergestellt wird, indem man es mit anderen Bestandteilen vermischt.

Die für eine bestimmte Anwendung bevorzugten Hitzebehandlungs bedingungen werden empirisch bestimmt und an die verfügbare Ausrüstung angepaßt, wobei man den erhitzten Extrakt unter sucht, nachdem man die Hitzebehandlung bei verschiedenen Temperaturen und während verschiedener Zeitspannen durchge führt hat. Für einige Zwecke können bestimmte Hitzebehandlungs bedingungen bevorzugt sein, während wiederum andere vorge zogen werden, wenn die sich ergebende wäßrige, gereinigte Sojaproteinlösung für einen anderen Zweck verwendet werden soll. Auf jeden Fall werden die Bedingungen so gewählt, daß man eines oder mehrere der folgenden Ziele erreicht:

(i) den Proteinnutzwert des in Stufe c) hergestellten Lipid-Protein-Nahrungsmittels oder eines daraus hergestellten flüssigen Nahrungsmittel produkts zu verbessern;
(ii) die Funktionalität dieses in Stufe c) hergestellten Lipid-Protein-Nahrungsmittels oder eines daraus herge stellten flüssigen Nahrungsmittelprodukts, gemessen am Sedimentationsindex, Stickstofflöslichkeitsindex oder Emulsionsstabilitätsindex, zu verbessern;
(iii) die Ultrafiltrationsdurchflußrate in Stufe c) zu erhöhen, oder
(iv) den Mikrobenbefall der zerkleinderten freien Emulsion und des Retentats soweit zu verringern, daß diese während der Ultrafiltration in Stufe c) praktisch nicht verderben können.

Zur Verwendung in Nahrungsmitteln kann das flüssige Lipid- Protein-Nährmittel, das nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wird, durch herkömmliche Verfahren einschließlich Gefriertrocknen und Sprühtrocken getrocknet werden, und man kann das trockene Pulver als Nahrungsmittelbestandteil ver wenden. Zur Herstellung von Getränken, wie Sojamilch, wird das nicht getrocknete Retentat vorzugsweise mit anderen er wünschten Bestandteilen, wie Kohlenhydraten, Fetten, Vitaminen, Mineralstoffen etc. vermischt, dann wird das Mittel homogeni siert und, falls gewünscht, in Dosen verpackt und sterilisiert. Die Nahrungsmittelprodukte und Getränke haben verbesserte Eigenschaften hinsichtlich des Nährwerts, der Stabilität und der funktionalen Eigenschaften.

Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel)

Sojabohnen von Samenqualität werden zweimal in einer Hammermühle bei einer sehr geringen Zugaberate gemahlen, um die Entwicklung übermäßiger Wärme und die Bildung eines zu groben Mehles zu vermeiden. Die Temperatur des Mehles nach jedem Mahlvorgang beträgt etwa 44°C. Man stellt eine Suspension von 250 g gemahlenen Bohnen in 4 Litern entionisiertem Wasser bei Raumtemperatur in einem Behälter her, der mit einer mechanischen Rührvorrichtung versehen ist, und stellt den pH der Suspension durch Zugabe von 10%igem wäßrigem Natriumhydroxyd auf pH 9 ein. Die Suspension wird bei Raumtemperatur bei diesem pH-Wert 30 Minuten lang gründlich gemischt, dann wird das unlös liche Material durch Zentrifugieren bei 4022×G abgetrennt. Die überstehende Flüssigkeit wird erneut in den Behälter gegeben, der mit der Rührvorrichtung versehen ist, dann mit wäßrigem Natriumhydroxyd auf pH 11,6 eingestellt und bei Raumtemperatur weitere 30 Minuten gemischt. Anschließend zentrifugiert man die Suspension bei 13 218×G und unter wirft die überstehende Flüssigkeit, die aus einer Emulsion des Soja-Lipid-Proteins in einer Lösung von Sojaprotein und Sojakohlenhydraten besteht einer Ultrafiltration bei 46°C und 2,81 kg/cm² (40 psi), wobei man eine semipermeable Membran verwendet, welche Proteine mit einem Molekulargewicht oberhalb 30 000 Dalton zurückhalten kann. Anschließend kon zentriert man die Emulsion durch Ultrafiltration auf die Hälfte ihres ursprünglichen Volumens und reinigt sie dann weiter mittels Diafiltration, wobei man das konzentrierte Rententat im gleichen Ausmaß mit entionisiertem Wasser ver dünnt, in dem Permeat gesammelt wird, so daß ein konstantes Retentatvolumen aufrechterhalten wird. Man verwendet ein Volumen an Diafiltrationswasser das dem ursprünglichen Volumen der in die Ultrafiltrationsvorrichtung eingegebenen Emulsion entspricht. Dann wird das Retentat gefriergetrocknet und analysiert. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der nach stehenden Tabelle zusammen mit den Ergebnissen eines Beispiels gemäß der Erfindung zusammengefaßt, das wie im Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt wurde, wobei jedoch der pH-Wert gemäß der Erfindung verändert wurde.

Extraktionsbedingungen und Analysen

Der Proteinkoeffizient ist ein Maßstab für die relative Kohlenhydratentfernung und die Retention des Proteins während der Membranfiltrationsstufe. Der Proteinkoeffizient ist das Verhältnis des Proteingehalts des Produkts auf Gewichtsbasis zur Summe des Proteingehalts plus Kohlenhydrat gehalts auf Gewichtsbasis. Protein wird nach dem Verfahren von Lowry, et al., Journal of Biological Chemistry, 193, 265-275 (1951) und Kohlenhydrate nach dem Verfahren von Dubois, et al., Analytical Chemistry 28, 350-356 (1965) be stimmt. Die Phytinsäure wird nach dem Verfahren von Wheeler, et al., Cereal Chemistry 48, 312-320 (1971) bestimmt.

Beispiel 3 Lipid-Protein-Nahrungsmittel aus naßgemahlenen ganzen Sojabohnen

625 g Sojabohnen werden 1 Stunde lang bei 50°C in 10 Liter destilliertem Wasser eingeweicht. Dann gibt man sie in einen Mischer mit rotierenden Messern, die an einer Axialwelle am Boden des Behälters angeordnet sind. Der Mischer hat ein Fassungsvermögen von 3,8 Liter und man mahlt 5 Minuten lang bei 50°C. Dann kühlt man die warme Lösung auf Raumtemperatur, nämlich 20 bis 25°C, stellt mit verdünntem wäßrigem Natriumhydroxyd auf pH 11,7 ein und hält die Lösung 15 Minuten bei diesem pH-Wert. Vor der Einstellung des pH Wertes war der pH der frisch gemahlenen Bohnen pH 6,4. Anschließend entfernt man unlösliches Material durch 20 Minuten langes Zentrifugieren bei 4000×G in einer Entschlammungszentrifuge, dann zentrifugiert man den hellen Flüssigkeitsstrom, aus dem der größte Teil der Feststoffe bereits entfernt ist, erneut in einer Sorvall SZ-14 GK Zentrifuge mit einem Zentrifugenkopf für kontinuierlichen Durchlauf bei 10 000×G, um weiteres Teilchenmaterial zu ent fernen. Die sich ergebende Emulsion flüssigen Materials, das gelöstes Protein und gelöste Kohlenhydrate enthält, wird von pH 11,3 auf pH 7,0 eingestellt während man sie sammelt, dann bewahrt man sie über Nacht bei 4°C auf und reinigt durch Ultrafiltration. Die teilchenfreie Emulsion hat ein Volumen von 7,9 Liter und enthält 4,45 Gew.-% Feststoffe. Dann führt man mit der gleichen Vorrichtung, wie in Beispiel 1 beschrieben, die Ultrafiltration durch, bis man 3,95 Liter Permeat gesammelt hat. Anschließend gibt man für die Dia filtration destilliertes Wasser in dem Ausmaß zu, in dem man Permeat sammelt und führt die Diafiltration auf diese Weise so lange fort bis man insgesamt 11,97 kg Permeat gesammelt hat. Das Retentat wiegt 4,59 kg und enthält 5,43 Gew.-% Feststoffe. Auf trockener Basis wurden die folgenden Analysen ergebnisse erhalten. Die nachstehenden Werte sind der Mittelwert aus drei Proben, wobei die Abweichungen vom Standard angegeben sind.

Protein (g/100 g Feststoffe)
62,6 ± 0,379
Fett (g/100 g Protein)	49,8 ± 12,4
Asche (g/100 g Protein)	3,32 ± 0,153
Phytinsäure (g/100 g Protein)	0,082

Beispiel 4 Sojamilch, hergestellt aus Lipid-Protein von ganzen Sojabohnen

Eine Charge von 2,08 kg des genießbaren Lipid-Protein-Retentats, das gemäß dem in Beispiel 3 beschriebenen Verfahren herge stellt worden war und die oben angegebenen Analysenwerte auf weist, wird in flüssigem Zustand mit den nachfolgend aufge führten Bestandteilen vermischt, so daß man eine Sojamilch erhält, welche 3,30 Gew.-% Protein, 3,50 Gew.-% Fett und 5,00 Gew.-% Kohlenhydrate enthält.

Zutaten
Menge
Proteinmaterial aus ganzen Bohnen, flüssig (insgesamt 6,76% Feststoffe; Protein 4,26%; Fett 2,10%-Gew.-%)\|1 080,00 g
Sojaöl	47,04 g
Maissirup-Feststoffe	23,03 g
Saccharose	92,03 g
Milchsalze	21,90 g
Magnesiumchlorid-hexahydrat	2,11 g
Karrageenan	1,26 g
Lecithin	10,04 g
Wasser, soviel wie erforderlich für	2 511,20 g

Man vermischt alle Bestandteile mit Ausnahme des Lecithins und des Sojaöles. Anschließend erhitzt man die Mischung auf 66°C und gibt dann die Mischung von Sojaöl und Lecithin, welche auf die gleiche Temperatur erhitzt worden war, zu und homo genisiert diese Mischung zweimal in einer mechanischen Homogenisiervorrichtung mit einem Druck von 211,0 kg/cm². Das homogene, milchähnliche Produkt füllt man dann in Babyflaschen zu 113,4 g ab un sterilisiert 6 Minuten bei 127°C. Bei der Verarbeitung ergaben sich keinerlei Schwierigkeiten.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines genießbarn Lipid- Protein-Produkts aus Ölsamen, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) zerkleinertes Ölsamenmaterial einer wäßrigen Ex tration bei einem pH oberhalb von 10,1 unterzieht;
b) die unlöslichen Bestandteile aus dieser Suspension bei einem pH oberhalb von 10,1 abtrennt, und
c) die erhaltene Emulsion einer Ultrafiltration bei pH 6 bis 10 unterzieht, wobei das gelöste Protein und die Lipide im Retentat vorhanden sind.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ölsamen Kichererbsen, Rapssamen, Kokosnüsse, Baumwollsamen, Erdnüsse, Saflorsamen, Sesamsamen, Soja bohnen oder Sonnenblumenkerne verwendet.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als zerkleinertes Ölsamenmaterial gemahlene Sojabohnen verwendet.

4. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als zerkleinertes Ölsamenmaterial Fett enthal tendes Sojamehl verwendet.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichet, daß die Ultrafiltration auch eine Diafiltration umfaßt.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichet, daß die Diafiltration so lange fortgesetzt wird, bis das Retentat einen Proteinkoeffizienten von mindestens etwa 0,8 aufweist.

7. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Diafiltration so lange fortgesetzt wird, bis das Retentat einen Proteinkoeffizienten von mindestens etwa 0,9 hat.

8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Emulsion und das Retentat während der Ultra filtration bei einer Temperatur im Bereich von etwa 45°C bis 75°C hält.

9. Verfahren gemäß einem der vorhergenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe a) und b) bei einer Temperatur oberhalb etwa 10°C durchgeführt werden.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe a) und b) bei einer Temperatur im Bereich von etwa 15°C bis etwa 30°C durchgeführt werden.

11. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man in den Stufen a) und b) bei einem pH im Bereich von 11 bis 12 arbeitet.

12. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultrafiltration innerhalb eines pH-Bereiches von 6,5 bis 7,5 erfolgt.

13. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in Stufe b) die erhaltene Emulsion bei einem pH oberhalb des isoelektrischen Punktes des Proteins, jedoch unterhalb 10, und/oder in Stufe c) das Retentat 1 Sekunde bis 30 Minuten auf eine Temperatur von 60°C bis 150°C erhitzt.

14. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man 45 Sekunden bis 30 Minuten auf eine Temperatur im Bereich von 60°C bis 130°C erhitzt.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das in Stufe c) erhaltene Retentat trocknet.

16. Verwendung eines nach den Ansprüchen 1 bis 15 erhal tenen Retentats im Gemisch mit anderen Nahrungsmittelbe standteilen.