DE2751024C2

DE2751024C2 -

Info

Publication number: DE2751024C2
Application number: DE2751024A
Authority: DE
Inventors: Kenneth C. Goodnight Jun.; Grant H. Evansville Ind. Us Hartman Jun.; Robert F. Danville Calif. Us Marquardt
Original assignee: Bristol Myers Squibb Co
Current assignee: Bristol Myers Squibb Co
Priority date: 1976-11-15
Filing date: 1977-11-15
Publication date: 1991-05-02
Also published as: FR2370439B1; US4091120A; JPS6133543B2; BE860823A; DE2751024A1; GB1581699A; CY1236A; JPS5362851A; ZA776754B; MY8500450A; SE437460B; SG13784G; CH632395A5; NL7712502A; HK45884A; CA1078248A; SE7712846L; NZ185305A; KE3384A; FR2370439A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines flüssigen Nahrungsmittels, das Sojaprotein als hauptsächlichen Proteinbestandteil enthält und einen verbesserten Nährwert, größere physikalische Stabilität und bessere organoleptische Eigenschaften aufweist.

Der Ausdruck "hauptsächlicher Proteinbestandteil" eines flüssigen Nahrungsmittels bedeutet, daß das Sojaprotein etwa 50 Gew.-% oder mehr des in dem Nahrungsmittel enthaltenen Proteins ausmacht.

Bekannte Ultrafiltrationsverfahren zur Herstellung gereinigter Sojaproteinbestandteile zur Verwendung in Nahrungsmitteln werden herkömmliche Gewinnungsverfahren an, wie Gefriertrocknen, Sprühtrocknen oder isoelektrische Ausfällung, um das Sojaprotein von dem gereinigten Retentat zu trennen, das beim Ultrafiltrationsverfahren zurückbleibt.

Die US-PS 37 36 147 beschreibt ein Verfahren zur Gewinnung von Pflanzenproteinen mit niedrigem Phytinsäuregehalt. Als Proteinquelle dienen beispielsweise entfettetes Sojabohnenmehl, Erdnußmehl, Baumwollsamenmehl und das Mehl von Sesam- und Sonnenblumenkernen. Zur Gewinnung der Proteine wird das Mehl bei schwach alkalischem pH-Wert extrahiert. Zur Entfernung der Phytinsäure wird der Extrakt anschließend einer Ultrafiltration unterzogen. Das auf diese Weise erhaltene Konzentrat wird anschließend gefriergetrocknet.

Wenngleich Protein mit hoher Qualität hergestellt wurde, so wurde der volle funktionelle und der Nährwert des durch Ultrafiltration gereinigten Sojaproteins nicht ganz ausgenützt, da die abschließenden Isolierungsstufen, bei denen das Protein als trockener Bestandteil erhalten wird, einen teilweisen Verlust der vorteilhaften Eigenschaften des als Ausgangsmaterial verwendeten Proteins mit sich brachten.

Es wurde nun gefunden, daß kurzzeitiges Behandeln der Sojaproteinisolatlösung bei hohen Temperaturen die funktionalen Eigenschaften und den Nährwert noch weiter erhöht. Die Hitzebehandlung kann an dem geklärten Extrakt vor der Ultrafiltration, an dem Retentat nach der Ultrafiltration oder an dem Retentat nach Formulierung mit zusätzlichen Nahrungsmittelbestandteilen durchgeführt werden; es können aber auch mehrstufige Hitzebehandlungen in Kombination durchgeführt werden.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung eines flüssiges Nahrungsmittels, das Sojaprotein als hauptsächlichen Proteinbestandteil enthält, wobei man

a) eine wässerige Lösung von Sojaprotein durch wässerige Extraktion von entfetteten zerkleinerten Sojabohnen bei einem pH des isoelektrischen Punktes des Sojaproteins, jedoch unterhalb pH 10, bildet;
b) das unlösliche Material aus der Lösung abtrennt, wodurch man einen geklärten Extrakt erhält, der gelöstes Protein und gelöste Kohlenhydrate enthält;
c) den geklärten Extrakt einer Ultrafiltration bei etwa 45-75°C unterzieht, und
d) das Retentat mit zusätzlichen Nährmittelbestandteilen zu einem flüssigen Nahrungsmittel vermischt, das

dadurch gekennzeichnet ist, daß man den nach Stufe b) erhaltenen Extrakt und/oder den nach Stufe c) erhaltenen Extrakt und/oder das nach Stufe d) erhaltene Produkt 1 Sekunde bis 30 Minuten auf 60°C bis 150°C erhitzt.

Bevorzugtes Rohmaterial für das Verfahren sind zerkleinerte, entfettete Sojabohnen, vorzugsweise entfettetes Sojamehl, entfettetes Sojaschrotmehl oder entfettete Sojaflocken. In Stufe a) des Verfahrens stellt man eine wäßrige Sojaproteinlösung bei einem pH oberhalb des isoelektrischen Punktes des Sojaproteins, jedoch unterhalb pH 10 her. Zur Extraktion innerhalb des angegebenen pH-Bereiches kann man Wasser oder eine wäßrigalkalische Lösung verwenden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine spezielle Herstellungsart des als Ausgangsmaterial verwendeten Sojaextrakts beschränkt.

Wenn das Ziel eine maximale Rückgewinnung von Protein aus dem Extrakt ist, verwendet man große Mengen Wasser oder alkalischer Lösung und kann die Feststoffe durch Zentrifugieren und erneutes Extrahieren entfernen. Wenn verbleibende Feststoffe in Tierfutter verwendet werden sollen, kann man die Extraktion weniger gründlich durchführen oder das Waschen der Feststoffe nach dem Entfernen der überstehenden Flüssigkeit unterlassen. Die Reaktionszeiten und Temperaturen können je nach dem Zweck des Verfahrens und den Vorrichtungen verändert werden.

Bevorzugt arbeitet man bei Temperaturen nicht über etwa 60°C bei Extraktionszeiten länger als etwa 30 Minuten, um die Nährwertqualitäten des Sojaproteins zu erhalten. Es ist bekannt, daß bei höheren Temperaturen und bei pH-Werten oberhalb von 10 Schwefel enthaltende Aminosäuren, wie Cystein, aus dem Sojaprotein verlorengehen. Bei Temperaturen im Bereich von 20 bis 30°C tritt während einer Zeitdauer von 6 Stunden und länger innerhalb des angegebenen pH-Bereiches kein Verlust an Cystein aus dem gelösten Sojaprotein auf. Bevorzugt arbeitet man bei der Extraktion des Sojabohnen-Rohmaterials in einem Temperaturbereich von etwa 20 bis 30°C. Der bei der Extraktion bevorzugte pH-Wert liegt zwischen 7 und 9. Um eine wirksame Extraktion des Proteins zu erhalten, ist keine mechanische Homogenisierung notwendig, sie ist sogar unerwünscht, da dadurch eine Verringerung der Durchflußrate in der anschließenden Filtrationsstufe, bei der man eine semipermeable Membran verwendet, erfolgen kann. Natriumhydroxyd, Kaliumhydroxyd oder andere, nicht-toxische, wasserlösliche Basen, die zur Verwendung bei Nahrungsmitteln geeignet und mit dem Sojaprotein verträglich sind, können verwendet werden. Erdalkalimetallhydroxyde, wie Bariumhydroxyd oder Calziumhydroxyd können unter bestimmten Bedingungen eine Ausfällung des Sojaproteins bewirken und sind deshalb weniger geeignet.

In Stufe b) werden die verbrauchten Flocken oder das Mehl aus dem Extrakt abgetrennt. Man kann dabei herkömmliche Verfahren zur Abtrennung von Feststoffen, wie Zentrifugieren oder Filtrieren verwenden. Die Entschlammungszentrifuge, bei der der helle Flüssigkeitsstrom den Sojaproteinextrakt enthält, wurde für geeignet befunden. Der Extrakt kann durch Zentrifugieren in einer Klärzentrifuge noch weiter geklärt werden. Dies ist eine zweckmäßige erfindungsgemäße Ausführungsform, mit der man einen besonders gut geklärten Extrakt erhält. Der in Stufe b) hergestellte geklärte Extrakt ist für die Weiterverarbeitung höchst geeignet, wenn er etwa 1 bis 12 Gew.-% Protein und bis zu 10 Gew.-% Kohlenhydrate, maximal 3 Gew.-% anorganische Bestandteile, welche nach Verbrennen der Probe als Asche anfallen, und nicht mehr als etwa 1 Gew.-% Fett enthält. Stellt man Extrakte her, die mehr als etwa 12 Gew.-% Protein enthalten, so sind sie im allgemeinen viskos und in der Klärstufe schwer zu handhaben. Gewöhnlich wird der Ausgangsextrakt hergestellt, indem man etwa 4 bis 40 Gew.-Teile Wasser oder wäßrigalkalische Lösung pro Gewichtsteil entfettetem zerkleinertem Sojamaterial verwendet; vorzugsweise verwendet man etwa 8 bis 16 Gewichtsteile Wasser oder wäßrige Lösung pro Gewichtsteil entfettetes Sojamaterial.

Der in Stufe b) hergestellte geklärte Extrakt, der das gelöste Sojaprotein und gelöste Kohlenhydrate enthält, wird dann in Stufe c) einer Ultrafiltration unterworfen, wobei man eine semipermeable Membran verwendet, welche das gelöste Protein als Retentat zurückhält und die gelösten Kohlenhydrate und Mineralstoffe als Permeat hindurchläßt. Vorzugsweise wird der geklärte Extrakt vor der Membranfiltration auf einen pH im Bereich von 6,5 bis 7,5 eingestellt, dies ist jedoch nicht wesentlich. Membranfiltration im Bereich von etwa pH 6,5 bis 7,5 hat den Vorteil, daß die Zersetzung oder eine Reaktion der Proteinbestandteile des Extrakts miteinander während des Filtriervorganges, der einige Stunden dauern kann, minimalisiert wird.

Semipermeable Membranen, die Proteine mit einem minimalen Molekulargewicht im Bereich von etwa 10 000 bis 50 000 zurückhalten können, sind brauchbar. Die Ultrafiltration kann man bei einem Druck von etwa 1,8 kg/cm² durchführen, aber auch Drücke im Bereich von etwa 1 kg/cm² bis zu 7 kg/cm² sind brauchbar. Das erfindungsgemäße Ultrafiltrationsverfahren unterscheidet sich von anderen Membran-Filtrationsverfahren in bezug auf die Porosität der verwendeten Membran und den Druck der auf dem Retentat aufrechterhalten wird, um überschüssiges Wasser und Bestandteile mit niedrigem Molekulargewicht durchzudrücken. Umgekehrte Osmoseverfahren verwenden beispielsweise Membranen mit einer viel geringeren Porosität und halten Materialien mit einem viel geringeren Molekulargewicht zurück als es die Kohlehydratbestandteile des Sojamaterials aufweisen, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entfernt werden sollen. Umgekehrte Osmoseverfahren sind auch wesentlich teuerer in der Durchführung, da man bei höheren Arbeitsdrücken und geringeren Druchflußraten arbeitet.

Während der Ultrafiltration hält man den geklärten Extrakt und das Retentat bei einer Temperatur im Bereich von etwa 45°C bis 75°C, um zu pasteurisieren und die Durchflußrate durch den Filter zu erhöhen. Für den ersteren Zweck bevorzugt man Temperaturen von etwa 60 bis 65°C. Temperaturen oberhalb 75°C sind unerwünscht, da chemische Zersetzung und Kondensationsreaktionen des Proteins auftreten können, wobei sich beispielsweise Lysinalanin und andere unerwünschte Nebenprodukte bilden. Unterhalb 60°C ist die Pasteurisierung weniger wirksam und das Produkt kann verderben. Unterhalb etwa 45°C ist die günstige Beeinflussung der Durchflußrate nur noch minimal.

Bevorzugt stellt man eine endgültige Sojaprotein-Isolatlösung her, welche einen Proteingehalt von etwa 3 bis 7 Gew.-% hat, jedoch können für einige Zwecke niedrigere oder höhere Konzentrationen erwünscht sein.

Die Proteinkonzentration der Sojaproteinisolat-Lösung kann leicht auf jeden Wert zwischen 1 und 12 Gew.-% eingestellt werden, indem man entsprechende Mengen an Extraktionswasser oder gesammeltes Permeat verwendet oder entsprechend eindampft oder verdünnt, solange das Protein in Lösung ist. Proteinlösungen mit einem Proteingehalt unter 1 Gew.-% sind unwirtschaftlich und von geringem praktischem Interesse. Wenn man beispielsweise mit einem geklärten Extrakt beginnt, der eine Proteinkonzentration von 3,5% aufweist und die Hälfte des Permeatvolumens entfernt, so erhält man ein Retentat mit einer Proteinkonzentration von 7%. Ein geringer Kohlenhydrat- und Mineralstoffgehalt ist erwünscht, weil diese Bestandteile für den Menschen schlecht verdaulich sind.

Man kann den Kohlehydratgehalt der erfindungsgemäß hergestellten gereinigten wäßrigen Sojaproteine als Proteinkoeffizienten angeben, der das Verhältnis des Proteingehalts bezogen auf das Gesamtprotein plus Kohlehydratgehalt ausdrückt. Für Kindernahrung ist ein Sojaproteinisolat mit einem Proteinkoeffizienten von 0,9 bevorzugt, da die Soja-Kohlenhydrate bei Kindern, die mit Kindernahrung auf der Basis von Sojaprotein ernährt werden, Flatulenz und unerwünschte Stühle bewirken. Die erfindungsgemäßen gereinigten Sojaproteinlösungen mit einem Proteinkoeffizienten von etwa 0,8 sind zur Anreicherung herkömmlicher Nahrungsmittel, wie Fleisch und Brot, für die Herstellung flüssiger Nahrungsprodukte von erwachsenen Personen geeignet.

Es wurde gefunden, daß bei einem Extrakt, der 3,5 Gew.-% Protein enthält und der durch Ultrafiltration auf die Hälfte seines Volumens reduziert wird, das Retentat immer noch einen für Kindernahrung unerwünscht hohen Kohlenhydratgehalt aufweist. Ein derartiges Produkt ist jedoch für verschiedene andere Nahrungsmittelzwecke verwendbar. Es wurde nun gefunden, daß Diafiltration (eine Form der Ultrafiltration, bei der das Retentat kontinuierlich mit Wasser oder einer Waschlösung verdünnt wird) ein geeigneter Weg ist, um weitere zusätzliche, unerwünschte Kohlenhydrat- und Mineralbestandteile zu entfernen. Dabei wird kontinuierlich eine Diafiltrationslösung, bevorzugt Wasser, zu dem Retentat gegeben, während es durch die Filtriervorrichtung fließt und das Permeat wird entfernt. Die Diafiltration stellt somit einen Waschvorgang dar, bei dem die unerwünschten Bestandteile mit niedrigem Molekulargewicht aus dem Retentat ausgewaschen werden.

Bezeichnet man bei einer bevorzugten Verfahrensform das Ausgangsvolumen des geklärten Extrakts als 1, so wird ½ des Permeatvolumens durch Ultrafiltration entfernt, und dann verwendet man ½ bis 2½ Volumen Wasser zur Verdünnung des Retentats während der Diafiltration, bis das gesamte gesammelte Permeat bis zu 3 Volumina ausmacht. Eine Diafiltration, die ein noch größeres Permeatvolumen ergibt, bewirkt nur eine geringe zusätzliche Reinigung. Die Diafiltration kann allmählich zu Beginn der Ultrafiltration einsetzen, und man kann die Geschwindigkeit abhängig davon erhöhen, wie der gewünschte Proteingehalt erreicht wird, oder man kann auch vor der Diafiltration auf den gewünschten Proteingehalt konzentrieren.

Anstelle von Wasser kann man auch Diafiltrationslösungen verwenden, welche die für das Endprodukt gewünschten Bestandteile enthalten, oder die Proteinretention oder die Durchfließrate verbessern. Bei der Herstellung von Kindernahrung sind solche zusätzlichen Bestandteile, die währen der Diafiltrationsstufe beigemischt werden können, Kohlehydrate, Fett und Mineralstoffe. Dies kann zwar manchmal vorteilhaft sein, ist jeodch keine allgemein bevorzugte Verfahrensweise, da zumindest ein Teil dieser Zusätze verlorgengeht, indem er durch die Membran in das Permeat übergeht. Diese Verluste können teilweise ausgeglichen werden, indem man die gewünschten Bestandteile aus dem Permeat wiedergewinnt oder indem man das Permeat wieder in das Diafiltrationswasser einführt.

Der Extrakt und/oder das Retentat und/oder das flüssige Nahrungsmittel, das daraus hergestellt ist, werden dann einer kurzzeitigen Hitzebehandlung bei hohen Temperaturen unterworfen. Dies dient verschiedenen Zwecken. Führt man die Hitzebehandlung vor der Ultrafiltration durch, so wird durch die Hitzebehandlung die Anzahl der Bakterien verringert und das Risiko, daß der geklärte Extrakt während des weiteren Verfahrens, einschließlich der Ultrafiltration, verdirbt, ist minimal. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Ultrafiltrationsstufe erleichtert wird, denn es wurde gefunden, daß die Durchflußrate, bei der das Permeat gebildet wird, erhöht ist, wenn der geklärte Extrakt vor der Ultrafiltration erhitzt worden ist.

Im Anschluß an die Ultrafiltration können die Sojaproteinisolate getrocknet werden.

In bezug auf die Brauchbarkeit der erfindungsgemäßen wäßrigen Sojaproteinisolate zur Herstellung von flüssigen Nahrungsmittelprodukten, wie Kindernahrung, Milchersatz und Mahlzeitenersatz oder Zusätzen, hat die Hitzebehandlung den Vorteil, daß sie den Nährwert und die Funktionalität des Proteins verbessert, die Viskosität von Lösungen verringert und die Löslichkeits- und Fettemulgiereigenschaften verbessert. Diese Vorteile sind gegeben, unabhängig davon, ob die Hitzebehandlung vor oder nach der Ultrafiltration stattfindet.

Die Zeit- und Temperaturbedingungen, die für diese Zwecke geeignet sind, lassen sich nicht präzise definieren, jedoch der Fachmann auf dem Gebiet der Milchbehandlung und der Sojaproteinextraktion wird keine Schwierigkeiten haben, die für die vorhandenen Einrichtungen optimalen Bedingungen zu wählen. Je höher die gewählte Temperatur ist, um so kürzer ist die Behandlungszeit, wobei die gegenwärtig als anwendbar betrachtete Maximaltemperatur etwa 150°C während etwa 1 Sekunde beträgt. Verwendet man niedrigere Temperaturen, so werden längere Behandlungszeiten notwendig, beispielsweise entsprechen 60°C während 30 Minuten im wesentlichen 150°C während 1 Sekunde. Weitere geeignete Zeit- und Temperaturbereiche sind 130°C während 45 bis 60 Sekunden und 100°C während 10 Minuten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die kurzzeitige Hitzebehandlung in zwei Stufen, wobei eine relativ milde Hitzebehandlung vor der Ultrafiltration durchgeführt wird, um die Verderblichkeit zu verringern, und dann wird das fertige Sojaproteinretentat nach Entfernung der Kohlenhydratbestandteile einer strengeren Hitzebehandlung unterworfen. Dies hat den Vorteil, daß eine Braunfärbung, die durch die Anwesenheit von Sojakohlenhydraten und Sojaprotein beim Erhitzen entsteht, 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 auf 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 Sojaproteinretentat kann man dann einer weiteren, strengeren Hitzebehandlung unterwerfen, um die Funktionalität des Proteins zu verbessern und nahrungsschädliche Bestandteile zu zerstören. Bei dieser zweiten 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 man auch bei der anschließenden Verfahrensstufe vornehmen, bei der ein flüssiges Nahrungsmittelprodukt aus dem wäßrigen, gereinigten Sojaprotein hergestellt wird, indem man es mit anderen Bestandteilen vermischt.

Die für eine bestimmte Anwendung bevorzugten Hitzebehandlungsbedingungen werden empirisch bestimmt und an die verfügbare Ausrüstung angepaßt, indem man das isolierte Sojaprotein untersucht, nachdem man die Hitzebehandlung bei verschiedenen Temperaturen und während verschiedener Zeitspannen durchgeführt hat. Für einige Zwecke können bestimmte Hitzebehandlungsbedingungen bevorzugt sein, während wiederum andere vorgezogen 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 Protein-Nutzwert der in Stufe c) hergestellten Proteinlösung oder des in Stufe d) hergestellten flüssigen Nahrungsmittels zu verbessern,
(ii) die Funktionalität dieser in Stufe c) hergestellten Proteinlösung oder des in Stufe d) hergestellten flüssigen Nahrungsmittels zu verbessern, gemessen am Sedimentindex, Stickstofflöslichkeitsindex oder Emulsionsstabilitätsindex,
(iii) die Ultrafiltrations-Fließrate in Stufe c) zu erhöhen und
(iv) den Mikrobenbefall des Extrakts und des Retentats soweit zu verringern, daß diese während der Ultrafiltrationsstufe praktisch nicht verderben können.

Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in der letzten Verfahrensstufe das wäßrige Sojaprotein, das das Retentat bildet, nach Beendigung der Ultrafiltration oder Diafiltration in ein flüssiges Nahrungsmittel überführt, indem man es mit den gewünschten Kohlehydrat- und Fettbestandteilen, und falls gewünscht auch Vitaminen und Mineralstoffen mischt, ohne zu trocknen. Die sich ergebende Produkte haben einen besseren Nährwert und verbesserte funktionale Eigenschaften, wie Proteinlöslichkeit, Proteinsuspendierbarkeit, Viskosität, Gefühl im Mund und Emulsionsstabilität.

Beispiel 1 Flüssiges, durch Ultrafiltration hergestelltes Sojaprotein

22,7 kg entfettete Sojaflocken und 363 kg Wasser von etwa 21°C mischt man unter gründlichem Rühren und gibt 50%iges, wäßriges Natriumhydroxyd bis zu einem pH 7,2 zu. Man extrahiert 30 Minuten lang bei pH 7,2.

Dann entfernt man die verbrauchten Flocken mittels einer Entschlämmungszentrifuge und klärt den hellen, flüssigen Strom, der die wäßrige Sojaproteinlösung bildet, durch weiteres Zentrifugieren in einer Klärzentrifuge. Durch direkte Dampfinjektion wird der Extrakt dann 1 Minute lang auf 105°C erhitzt. Dann kühlt man die Lösung auf 45°C und reinigt mittels Ultrafiltration, wobei man eine Hohlfasermembranvorrichtung verwendet (Romicon Hollow Fiber XM50 Cartridge), welche Proteinbestandteile mit einem Molekulargewicht von 5000 Dalton oder höher zurückhält und Materialien mit niedrigerem Molekulargewicht, einschließlich anorganischen Materialien und Kohlehydratbestandteile, passieren läßt. Der in das Ultrafiltrationsverfahren eingeführte Extrakt wog 302 kg und hatte einen pH 7,36. Der Sojaproteinextrakt, der in der Ultrafiltrationsvorrichtung das Retentat bildete, wurde während 23minütigem Zirkulieren durch die Hohlfaservorrichtung auf 151 kg eingeengt. Der pH-Wert betrug 7,22. Zu diesem Zeitpunkt verdünnte man dann das Retentat mit soviel Wasser wie Retentat gesammelt wurde, bis sich insgesamt 454 kg Permeat gebildet hatten. Die derart durchgeführte Diafiltration dauerte 93 Min., und das sich ergebende Retentat hatte einen pH von 7,07. Anschließend wurde das Retentat durch direkte Dampfinjektion 1 Minute lang auf 138°C erhitzt und abgekühlt, wobei man etwa 151 Liter des erfindungsgemäßen flüssigen Sojaproteins erhielt. Das flüssige Isolat enthielt 3,26 Gew.-% Feststoffe, 95% davon waren Protein (3,10 g Protein pro 100 g Lösung).

Beispiel 2 Herstellung von Sojamilch

Eine 50 g Protein entsprechender Anteil des gemäß Beispiel 1 hergestellten flüssigen Sojaproteins wird im Vakuum auf ein Volumen von etwa 1,3 Liter eingedampft. Dann wird es zusammen mit den nachstehend aufgeführten Bestandteilen formuliert und homogenisiert, wobei man eine stabile, homogene Suspension erhält, welche ein Sojamilchprodukt darstellt, das für die flüssigen Nahrungsmittelprodukte der vorliegenden Erfindung repräsentativ ist.

Bestandteile
Menge
Maisöl\|52,5 g
Maissirup-Feststoffe	15,6 g
Saccharose	60,0 g
Milchsalze	13,0 g
Magnesiumchlorid	1,3 g
Karrageenan	0,75 g
Lezithin	6,0 g
Wasser, soviel wie erforderlich für	1500 g

Das sich ergebende Mittel enthält 3,5 Gew.-% Fett, 3,3 Gew.-% Protein und 5 Gew.-% Kohlenhydrate. Es hat einen milden Geschmack ohne jeden für Sojabohnen üblichen Bohnengeschmack und ähnelt im Aussehen der Kuhmilch. Diese Milch wird nach dem Homogenisieren bevorzugt pasteurisiert und zum Verkauf unter gekühlten Bedingungen in Flaschen abgefüllt, oder man verpackt sie in Dosen und sterilisiert sie in der Hitze, wodurch dann eine weitere Lagerung des Produkts im Kühlschrank nicht mehr notwendig ist.

Beispiel 3 Getrocknete, durch Ultrafiltration erhaltenes Sojaproteinisolat

Das Produkt gemäß Beispiel 1 wird durch Eindampfen im Vakuum (Maximaltemperatur 49°C) auf etwa 76 l eingeengt (13-15 Gew.-% Feststoff) und das konzentrierte Retentat dann bei 45°C sprühgetrocknet, wobei die Trocknereinlaßtemperatur 152°C und die Auslaßtemperatur 83°C beträgt. Das dabei erhaltene getrocknete Pulver ist ein für die Herstellung verschiedener Nahrungsmittel zufriedenstellender Sojaproteinbestandteil.

Der Vorteil, der sich hinsichtlich der funktionalen Qualitäten daraus ergibt, wenn man das Produkt gemäß Beispiel 1 in ein flüssiges Nahrungsmittel aufnimmt, wie in Beispiel 2 beschrieben, anstatt das flüssige Sojaproteinisolat zuerst zu trocknen, wie dies in Beispiel 3 beschrieben ist und dieses Produkt dann in ein flüssiges Nahrungsmittel aufzunehmen, wird durch den folgenden Vergleich veranschaulicht, bei dem der Sedimentationsindex, Stickstofflöslichkeitsindex und Emulsionsstabilitätsindex der Produkte gemäß den Beispielen 1 und 3 verglichen werden. Die gleichen Parameter wurden in parallelen Analysen an einem im Handel erhältlichen, mit Säure ausgefällten Sojaisolat durchgeführt. Die nachstehend beschriebenen Verfahren wurden zur Messung der drei Parameter herangezogen, und die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle zusammengefaßt:

Funktionale Eigenschaften

Bei dem vorstehenden Vergleich wurde der Sedimentationsindex wie folgt bestimmt:

1. Die flüssige Probe wird auf einen Proteingehalt von 5 Gew.-% eingestellt.
2. Man gibt ein 45-g-Aliquot in ein geeichtes Zentrifugenrohr.
3. Das Aliquot wird 15 Minuten lang bei 18°C und 27 500×G zentrifugiert.
4. Die überstehende Flüssigkeit dekantiert man ab, dreht die Rohre um und läßt sie 1 Minute auf einem Tuch abtropfen.
5. Man wiegt die Röhrchen und bestimmt das Gewicht des Sediments.
6. Die Ergebnisse werden in Gran Sediment pro Gramm 5%iger Proteinlösung ausgedrückt.

Der Stickstofflöslichkeitsindex wird bei dem vorstehenden Versuch wie folgt bestimmt:

1. Man löst das Sojaprotein-Isolat in Wasser, so daß 2,5 Gew.-% Feststoffe vorhanden sind.
2. Man stellt den pH auf 7 ein und rührt 25 Minuten lang.
3. Man gibt 25 ml in ein Zentrifugenrohr und zentrifugiert 20 Minuten lang bei 5200 UpM.
4. Man filtriert die überstehende Flüssigkeit über Whatman Nr. 1 Filterpapier und untersucht das Filtrat auf Protein, wobei man das Verfahren von Lowry, Jour. Biol. Chem., 193, 265 (1951), anwendet.
5. Der Stickstofflöslichkeitsindex wird ausgedrückt als NSI = % Protein im Filtrat, dividiert durch % Protein der ursprünglichen Probe mal Hundert.

Der Emulsionsstabilitätsindex wird wie folgt bestimmt:

1. Man zieht 20 ml Produkt in einer Spritze auf und spritzt den größten Teil davon mehrmals wieder aus, um Luft aus der Spritze zu entfernen. Dann füllt man die Spritze bis zur 56,70-g-Marke.
2. Man stellt die gefüllte Spritze mit der Spitze nach unten in einen Halter.
3. Aus dem gleichen Behälter können mehrere Spritzen gefüllt werden, man muß jedoch etwas Produkt zurückbehalten, um die Fettanalyse vor der Lagerung durchzuführen. Diese Probe "vor der Lagerung" wird als ursprüngliche Probe bezeichnet und zeigt die Fettkonzentration des Produkts in homogener Dispersion.
4. Nach beendeter Lagerdauer wird die Spritze aus der Lagerkammer genommen, welche eine Temperatur von 37°C hat. Hält man die Spritze aufrecht in Augenhöhe, so kann man Defekte des Produkts beobachten. Serum ist beispielsweise eine Zone in der Nähe des Bodens der Spitze, die gewöhnlich weniger Feststoffe enthält und "dünner" scheint.
5. Man spritzt alles bis auf die obersten 10 ml der Sojamilchprobe heraus und behält diese Probe für doppelte Fettanalyse.
6. Berechnung der Ergebnisse:
7. Bezeichnung der Ergebnisse:
"ESI⁷=85" bedeutet:
Der Emulsionsstabilitäts-Index für Produkte, die 7 Tage gelagert wurden, ist 85.
8. Interpretation der Ergebnisse:
Im gleichen Ausmaß, in dem das Fett oben an der Spritze sich ansammelt, sinkt der ESI.
Beispiel: Ursprünglicher Homogenitätswert = 7%,
Wert an der Spitze nach 14 Tagen = 12%,

Zur Bestimmung des Sedimentationsindexes und des Stickstofflöslichkeitsindexes wurden die Produkte gemäß den Beispielen 1 und 3 verwendet. Zur Bestimmung des Emulsionsstabilitätsindexes braucht man ein Fett enthaltendes flüssiges Nahrungsmittelprodukt, und für diesen Zweck wurden die Produkte der Beispiele 1 und 3 in eine Sojamilch aufgenommen, wie sie in Beispiel 2 beschrieben ist, wobei jedoch das Karrageenan und das Lecithin weggelassen wurden. Zur Herstellung des Sojamilchprodukts gemäß Beispiel 3 löst man 50 g in 500 ml Wasser, wobei man den pH mit 10%igem wäßrigem Natriumhydroxyd auf 7,0 einstellt und formuliert die sich ergebende Lösung dann wie in Beispiel 2 beschrieben, wobei man die obengenannten Stoffe wegläßt.

Es ist offensichtlich, daß das Produkt gemäß Beispiel 1 demjenigen gemäß Beispiel 3 und dem im Handel erhältlichen Sojaisolat einen wesentlichen Vorteil aufweist, was den Sedimentations-Index und den Stickstofflöslichkeits-Index anbelangt. Die für den Sedimentations-Index und den Stickstofflöslichkeitsindex gefundenen Werte werden hinsichtlich ihrer Varianz statistisch analysiert, wobei sich zeigt, daß es sich bei den Unterschieden zwischen den Werten um echte Unterschiede handelt.

Beispiel 4 Flüssiges Nahrungsmittelprodukt zum Ersatz oder zur Ergänzung von Mahlzeiten

Es werden flüssige Nahrungsmittelprodukte der unten angegebenen Zusammensetzung hergestellt, in Dosen verpackt und sterilisiert. Jede Dose, die ca. 340 g Produkt enthält, entspricht 360 Nahrungsmittel-Kalorien und enthält 21,69 g Protein, 8,31 g Fett und 49,62 g Kohlenhydrate. Es werden auch Vitamine und Mineralstoffe zugegeben, welche pro Dose etwa ¹/₃ der täglich empfohlenen Menge ausmachen.

Das Protein von Produkt LLS-12024-1 besteht aus 75% Milchprotein und 25% Sojaprotein, aus einem handelsüblichen, mit Säure ausgefällten und neutralisierten Sojaprotein-Isolat.

Die Proteinprobe LLS 12023-3 besteht zu 50% aus Milchprotein und 50% Sojaproteinisolat gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Proben werden dann von einem Gremium von 40 Prüfern in einem Raum mit rotem Licht, so daß das Aussehen der Proben nicht unterschieden werden konnte, bewertet (LLS 12024-3 ist geringfügig dunkler gefärbt als LLS 12024-1) hinsichtlich der organoleptischen Eigenschaften, einschließlich Geschmack, Struktur und Geruch, sowie daraufhin, welche Probe vorgezogen wird. Die organoleptische Qualität wurde mittels einer 9 Punkte umfassenden Skala bewertet. Die Probe LLS 12024-3, welche das erfindungsgemäße Sojaproteinisolat enthält, erhielt eine Qualitätsbewertung von 6,3, und 74% der Prüfer bevorzugten diese Probe. Die Probe LLS 12024-1 erhielt eine Qualitätsbewertung von 5,5 und 26% der Prüfer bevorzugten diese Probe. Die Unterschiede zwischen diesen Werten sind statistisch signifikant.

Ein Produkt, das nach einem Verfahren ähnlich dem in Beispiel 1 beschriebenen hergestellt wurde, wobei man bei der Hitzebehandlung vor der Ultrafiltration den geklärten Extrakt mittels direkter Dampfinjektion auf eine Temperatur von 130°C und nicht auf 105°C, wie in Beispiel 1 angegeben ist, erhitzte, und die Hitzebehandlung des Rententats am Ende des Verfahrens unterließ, wurde zur Bestimmung der Erhöhung des Proteinnutzwertes verwendet. Man arbeitete nach dem in "Official Methods of Analysis of the Association of Official Agricultural Chemists", 10. Aufl., 1965, Seiten 785-786, beschriebenen Verfahren. Die verwendete Versuchsnahrung enthielt etwa 9 Gew.-% Protein aus dem erfindungsgemäßen Proteinisolat. Der erhaltene Wert entsprach 87% der mit Kasein erhaltenen Gewichtszunahme. Ein Sojaproteinisolat, das nach dem gleichen Verfahren hergestellt worden war, wobei man beide Hitzebehandlungsstufen unterlassen hatte, und das nach dem gleichen Verfahren bezüglich der Nährwertqualität untersucht wurde, hatte einen Proteinnutzwert von 76%, bezogen auf Kasein.

Um die Überlegenheit der erfindungsgemäß hergestellten Sojaproteinisolate im Vergleich zu den nach der US 37 36 147 erhaltenen Isolate zu demonstrieren, wurden folgende Versuche durchgeführt:

1. Man wiederholte das in Beispiel 1 der vorliegenden Anmeldung beschriebene Verfahren, wobei man jedoch die Extraktion bei pH 8,6 gemäß Beispiel 1 der US 37 36 147 durchführte.
2. Man wiederholte das unter Punkt 1 beschriebene Verfahren, jedoch ohne die Hitzebehandlung vor der Ultrafiltration, d. h. entsprechend dem in US 37 36 147 beschriebenen Verfahren.

Die auf diese Weise erhaltenen Sojaproteinisolate wurden nach der A.O.A.C.-Methode (1970) an männliche Jungratten verfüttert. Als Standard wurde ANRC-Casein verwendet und ebenfalls an die Tiere verfüttert. Die Gewichtszunahme der Tiere wurde in Abhängigkeit von der gefütterten Probe nach einer Woche und nach vier Wochen bestimmt. Daraus wurde der Proteinnutzwert folgendermaßen berechnet:

g Gewichtszunahme/g verfüttertes Protein.

Der für Casein erhaltene Proteinnutzwert wurde dann =100% gesetzt (prozentualer Proteinnutzwert) und die prozentualen Proteinnutzwerte für die Proben 1 und 2, bezogen auf den Wert für Casein, errechnet.

Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt. (Die Werte stellen Mittelwerte dar.)

Es ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäß erhaltene Sojaproteinisolat überraschenderweise einen besseren Proteinnutzwert aufweist als das nach der US 37 36 147 erhaltene Sojaproteinisolat.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines flüssigen Nahrungsmittels, das Sojaprotein als hauptsächlichen Proteinbestandteil enthält, wobei man

a) eine wässerige Lösung von Sojaprotein durch wässerige Extraktion von entfetteten zerkleinerten Sojabohnen bei einem pH oberhalb des isoelektrischen Punktes des Sojaproteins, jedoch unterhalb pH 10, bildet;
b) das unlösliche Material aus der Lösung abtrennt, wodurch man einen geklärten Extrakt erhält, der gelöstes Protein und gelöste Kohlenhydrate enthält;
c) den geklärten Extrakt einer Ultrafiltration bei etwa 45-75°C unterzieht, und
d) das Retentat mit zusätzlichen Nährmittelbestandteilen zu einem flüssigen Nahrungsmittel vermischt,

dadurch gekennzeichnet, daß man den nach Stufe b) erhaltenen Extrakt und/oder den nach Stufe c) erhaltenen Extrakt und/oder das nach Stufe d) erhaltene Produkt 1 Sekunde bis 30 Minuten auf 60°C bis 150°C erhitzt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Stufe c) auch eine Diafiltration erfolgt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diafiltration fortgeführt wird, bis das Retentat einen Proteinkoeffizienten von mindestens etwa 0,8 hat.

4. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diafiltration fortgeführt wird, bis das Retentat einen Proteinkoeffizienten von mindestens etwa 0,9 hat.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Herstellung der Sojaproteinlösung in Stufe a) entfettete, zerkleinerte Sojabohnen bei einem pH von 7 bis 9 mit Wasser extrahiert.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultrafiltration in Stufe c) im Bereich von pH 6,5 bis pH 7,5 erfolgt.

7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man während einer Zeitdauer von 45 Sekunden bis 30 Minuten auf eine Temperatur im Bereich von 60°C bis 130°C erhitzt.

8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sojaproteinisolat- Lösung nach Stufe c) getrocknet wird.