DE60118398T2

DE60118398T2 - Sojaproteinprodukt und verfahren zur herstellung

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Publication number: DE60118398T2
Application number: DE60118398T
Authority: DE
Inventors: W. Charles Fort Wayne MONAGLE
Original assignee: Solae Holdings LLC
Current assignee: Solae Holdings LLC
Priority date: 2000-08-18
Filing date: 2001-08-15
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2021-08-16
Also published as: BR0113290A; US6811798B2; DE60118398D1; US20040105904A1; ATE321459T1; US6797309B2; IL154393A0; WO2002015712A3; AU2001283571A1; US20020039619A1; EP1309249B1; EP1309249A2; ES2260271T3; IL154393A; WO2002015712A2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sojaproteinprodukt mit einem modifizierten Zuckerprofil. Das Sojaproteinprodukt verfügt über wünschenswerte Geschmacks- und funktionelle Eigenschaften. Das Sojaproteinprodukt hat einen hohen Gehalt an Saccharose und Monosaccharid und ist arm an unverdaulichen Oligosacchariden. Das Sojaproteinprodukt verfügt über kein Galactinol, das in Sojabohnen vorliegt, die aufgezogen wurden, um einen geringen Gehalt an unverdaulichem Oligosaccharid zu haben. Das Sojaproteinprodukt ist reich an Isoflavonen. In dem Verfahren zum Erzeugen des Sojaproteinproduktes, werden konventionelle Sojabohnen verwendet, die über bessere landwirtschaftliche Eigenschaften verfügen, als Sojabohnen, die aufgezogen wurden, um einen geringen Gehalt an unverdaulichem Oligosaccharid aufzuweisen. In dem Verfahren zum Herstellen des Sojaproteinproduktes wird ein α-Galactosidaseenzym verwendet. Das Verfahren zum Herstellen des Sojaproteinproduktes bewahrt den in Sojabohnen auftretenden natürlichen Gehalt an Isoflavonen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sojaproteinprodukt. Die Vorteile von Sojaprotein sind ausreichend dokumentiert.
In der gesamten industrialisierten Welt ist Cholesterin ein Hauptproblem der Verbraucher. Es ist gut bekannt, dass pflanzliche Produkte kein Cholesterin enthalten. Seit Jahrzehnten haben die Ernährung betreffende Studien gezeigt, dass die Einbeziehung von Sojaprotein in die Ernährung die Cholesterinwerte des Serums bei Leuten effektiv herabsetzt, die gefährdet sind. Je höher das Cholesterin ist, um so wirksamer sind Sojaproteine beim Absenken dieses Wertes.
Von allen Getreide- und Hülsenfruchtarten haben Sojabohnen den höchsten Proteingehalt mit etwa 40% Protein, während andere Hülsenfruchtarten 20 bis 30% haben und Getreide etwa 8 bis 15% Protein hat. Sojabohnen enthalten außerdem etwa 20% Öl, während die übrige Trockensubstanz überwiegend Kohlenhydrate sind (35%). Auf Nassbasis (im natürlichen Zustand) enthalten Sojabohnen etwa 35% Protein, 17% Öl, 31 % Kohlenhydrate und 4,4% Asche.
In der Sojabohne sind sowohl die Speicherprotein- als auch Lipidkörper in dem unbrauchbaren Fleisch der Sojabohne (bezeichnet als das Cotyledon) enthalten. Das komplexe Kohlenhydrat (oder der Ballaststoff) ist ebenfalls in den Zellwänden des Cotyledons enthalten. Die äußere Schicht der Zellen (bezeichnet als die Samenschale) macht bis zu etwa 8% des Gesamtgewichts der Sojabohne aus. Die rohe, nicht enthülste Sojabohne hat in Abhängigkeit von der Varietät näherungsweise 18% Öl, 15% lösliche Kohlenhydrate, 15% unlösliche Kohlenhydrate, 14% Feuchtigkeit und Asche sowie 38% Protein.
Bei der Verarbeitung von Sojabohnen werden diese sorgfältig auf Farbe und Größe ausgewählt. Die Sojabohnen werden sodann gereinigt, vorbehandelt (um die Entfernung der Hülsen leichter zu machen) und werden geschrotet, enthülst und zu Flocken gewalzt. Die Flocken werden in ein Lösemittelbad gebracht, worin das Öl entzogen wird. Das Lösemittel wird abgetrieben und die Flocken getrocknet, womit die entfetteten Sojaflocken erzeugt werden, die die Grundlage aller Sojaproteinprodukte sind. Trotz der großen Zahl von Produkten auf dem Markt, gibt es lediglich drei Arten von Sojaprotein: Mehle, Isolate und Konzentrate.
Sojamehle sind die einfachsten Formen von Sojaprotein mit einem Proteingehalt von näherungsweise 50%. Einfaches Mahlen und Sieben der entfetteten Flocken erzeugt Sojamehle.
Sojamehle sind reich an Oligosacchariden, den löslichen Kohlenhydraten, die den Sojamehlen den "bohnenartigen" Geschmack verleihen, der von einigen Leuten als unangenehm empfunden wird. Die einfache Verarbeitung läßt das Sojamehl mit zahlreichen Merkmalen der Sojabohne zurück. Der Mangel an Verarbeitung macht Sojamehle außerdem hinsichtlich der Qualität stark veränderlich.
Sojamehle und Schrote werden noch immer umfangreich produziert und werden am Häufigsten in Backwaren, Snack-Foods und Tierfutter durch Anwendungen eingesetzt, wo das ausgeprägte Geschmacksprofil kein Problem darstellt. Texturierte Sojamehle waren ein erster Versuch, die Textur von Fleischprodukten zu simulieren und zu verbessern. Das Texturieren änderte die Zusammensetzung der Sojamehle nicht und verringerte das Geschmacksprofil nur geringfügig. Ihre Hauptanwendungen sind kostengünstige Fleischprodukte oder Tierfutter.
Die Raffinose und Stachyose von Oligosacchariden in Sojamehl sind potentiell die Ursache von Blähungen, wenn deren bakterielle Gärung im Darm Gas erzeugt. Suarez berichtet, dass die Aufnahme von 34 Gramm (g) von konventionellem Sojamehl (1,3 g Raffinose und Stachyose) keine wesentliche Erhöhung der Häufigkeit von Blähungen verursacht, während die Aufnahme von 80 g von konventionellem Sojamehl (3,1 g Raffinose und Stachyose) zu einer deutlichen Erhöhung der Häufigkeit der Blähungen führte. "Gas Production in Humans Ingesting a Soybean Flour Derived from Beans Naturally Low in Oligosaccharides," Suarez, Fabrizis, L. et al., Am. J. Clin. Nutr., 69: 135–9 (1999).
Im Stand der Technik werden Methoden zum Verringern des Gehaltes an Oligosacchariden von Sojamilch und Sojamehl beschrieben. Crocco beschreibt die Verwendung von α-Galactosidase aus mikrobiellen oder pilzlichen Quellen als ein Mittel für die Vorverdauung von Oligosacchariden in Sojamilch. "Treatment of Soy Milk Oligosaccharides by a Homogeneric Enzyme Extract Containing α-Galactosidase," Crocco, Stephanie Carmela, The Louisiana State University and Agricultural and Mechanical College (1973); Food Technology, Reihen Nr. 74–18, 329. Mulimani beschreibt den Versuch zur Verwendung eines Rohpräparates von α-Galactosidase aus Guar zu Abbau von in Sojabohnenmehlen vorhandenen Oligosacchariden. "Enzymatic Degradation of Oligosaccharides in Soybean Flours," Mulimani, H.V. et al., Food Chemistry, Bd. 59, Nr. 2, S. 279–282 (1997). Außerdem ist zur Entfernung der Oligosaccharide aus Sojamilch Ultrafiltration eingesetzt worden.
Isolate werden durch standardgemäße chemische Abtrennung erzeugt, indem das Protein aus der entfetteten Flocke durch Solubilisierung ausgezogen wird (alkalische Extraktion bei pH 7–10) und nach einer isoelektrischen Ausfällung abgetrennt wird. Als Ergebnis haben Isolate einen Proteingehalt von 90% auf feuchtigkeitsfreier Basis. Isolate können mit einem hohen Prozentanteil an löslichem Protein und einem schwachen Geschmacksprofil erzeugt werden. Sie enthalten keinen Ballaststoff und sind gelegentlich reich an Natrium, Eigenschaften, die ihre Anwendung einschränken. Die Isolatverarbeitung ist relativ kompliziert, und im Zentrifugenprozess geht ein großer Teil des Proteins der Sojabohnen verloren, sodass die Kosten der Isolate hoch sind. Ihre Hauptanwendungen waren Milchersatzprodukte, wie bei Kindernahrung und Milchersatzstoffen.
Sojakonzentrate haben mindestens 65% Protein und im typischen Fall etwa 70% Protein. Für Sojakonzentrate und texturierte Konzentrate in technisch verarbeiteten Lebensmitteln von Fleisch, Geflügel, Fisch, Getreide und Molkereisystemen sind eine Unzahl von Anwendungen entwickelt worden.
Die Entfernung von löslichem Kohlenhydratmaterial aus entfettetem Sojamehl führt zu Sojaproteinkonzentraten. Eine wässrige Alkoholextraktion (60–80%-iger Ethanol) oder Säurelaugung (isoelektrisch mit pH 4,5) sind die häufigsten Maßnahmen für die Kohlenhydratentfernung.
Im Stand der Technik werden Sojaproteinprodukte beschrieben, die aus an Oligosaccharid armen Sojabohnen erzeugt werden. Die US-P-5858449 von Crank beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung eines Sojaproteinproduktes, das mindestens 60% Protein und 10% Saccharose und weniger als 4% Ballaststoff und 1,5% Stachyose hat. In der US-P-5936069 von Johnson wird ein Verfahren zur Erzeugung eines Sojaproteinproduktes mit mindestens 60% Protein und weniger als 3% Stachyose, 1% Raffinose und 0,5% Faser beschrieben. Crank verwendet Sojabohnen, die auf Grund von Methoden der Mutagenese einen geringen Gehalt an Stachyose haben. Johnson verwendet Sojabohnen, die genetisch so modifiziert sind, dass sie einen geringen Gehalt an Raffinose und Stachyose haben.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges Sojaproteinprodukt mit einem modifizierten Zuckerprofil aus Sojabohnen zu erzeugen, die von Landwirten konventionell angebaut wurden und von Sojabohnenverarbeitern verwendet wurden. Das modifizierte Zuckerprofil führt zu wünschenswerten Geschmacks- und funktionellen Eigenschaften.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sojaproteinprodukt mit einem gewünschten Gehalt an Saccharose zu erzeugen. Ein hoher Gehalt an Saccharose vermittelt dem Sojaproteinprodukt gegenüber dem konventionellen Soja die Vorteile von Süße und der Freiheit von Braunfärbung.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sojaproteinprodukt mit einem zusammengefassten Gehalt von Saccharose und Monosaccharid zu erzeugen, der so groß ist wie der Gehalt an Saccharose von Produkten, die aus an Oligosaccharid armen Sojabohnen hergestellt werden. Monosaccharid ist hinsichtlich der Süßkraft der Saccharose ähnlich.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sojaproteinprodukt herzustellen, das arm an nicht verdaulichen Oligosacchariden ist. Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass man den Herstellungsprozess so kontrollieren kann, dass ein gewünschter verringerter Gehalt an Oligosaccharid erzielt wird.
Es wurde entdeckt, dass der Gehalt an Saccharose und unverdaulichem Oligosaccharid des Sojaproteinproduktes dadurch kontrolliert werden kann, dass ein einziges aktives Enzym verwendet wird, das lediglich Stachyose und Raffinose unter Erzeugung von Galactose und Saccharose hydrolysiert. Nach dem Stand der Technik gibt es keine Lehre für ein Sojaproteinprodukt, das aus konventionellen Sojabohnen erzeugt wird. Der Stand der Technik enthält außerdem keine Lehre in Bezug auf die Anwendung eines enzymatischen Prozesses, um ein Sojaproteinprodukt zu erzeugen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Erzeugung eines Sojaproteinproduktes mit Hilfe eines wirtschaftlich effizienten Verfahrens. Die von Crank und Johnson verwendeten Sojabohnen mit geringem Oligosaccharid haben in der Regel schlechtere agronomische Eigenschaften als konventionelle Sojabohnen. Agronomische Eigenschaften schließen Keimbildung ein und Keimentwicklung, Wachstum und Reife, Stickstoff-Fixierung, Widerstand gegen Krankheiten und Schädlinge sowie Ertrag. Die von Crank und Johnson verwendeten Sojabohnen mit geringem Oligosaccharid würden außerdem höhere Kosten bei der Ernte, dem Trocknen, der Lagerung, der Vermarktung, dem Handel, der Handhabung und Verarbeitung haben, da die Sojabohnen aufgespalten und die Identität geschützt werden müssen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Erzeugung eines Sojaproteinproduktes, das kein Galactinol enthält. Die von Crank und Johnson verwendeten Sojabohnen mit geringem Oligosaccharid enthalten Galactinol. Suarez berichtet, dass Sojamehl mit geringem Oligosaccharid etwa 2,2% Galactinol hatte, während Sojamehl von konventionellen Sojabohnen keines enthielt, wie konventionelle Sojabohnen keine nachweisbare Menge an Galactinol enthalten. Es wird angenommen, dass Galactinol als ein Präkursor in der Synthese von Raffinose und Stachyose ebenfalls Darmgas durch Fermentation im Darm hervorruft. Daher könnten durch das Vorhandensein von Galactinol in dieser Sojabohne die potentiellen Vorteile der Verdaubarkeit von Sojabohnen mit geringem Oligosaccharid zunichte gemacht werden.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sojaproteinprodukt zu erzeugen, das reich an Isoflavonen ist. In den letzten Jahren sind umfangreiche Forschungsarbeiten über Isoflavone zum besseren Verständnis ihrer Rolle bei der Verhütung chronischer Erkrankungen ausgeführt worden. Nach dem American Institute for Cancer Research können Isoflavone "für das Wachstum und die Ausbreitung zahlreicher Krebsarten erforderliche Enzyme hemmen", wie beispielsweise Brustkrebs, Prostatakrebs und Darmkrebs. Darüber hinaus zeigen sich Isoflavone auch sehr vielversprechend bei der Verhütung von Osteoporose und der Behandlung menopausaler Symptome. Isoflavone bleiben im Großen und Ganzen durch den erfindungsgemäßen wässrigen Extraktionsprozess unbeeinflusst. Daher bleiben sie in der vorliegenden Erfindung in den natürlich auftretenden Mengen erhalten, wie sie in Sojabohnen angetroffen werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung eines Sojaproteinproduktes, das große Mengen an Calcium, Magnesium, Phosphor, Kalium und Aminosäuren enthält. Diese Nahrungsmittelbestandteile bleiben im Großen und Ganzen durch das erfindungsgemäße wässrige Extraktionsverfahren unbeeinflusst. Daher bleiben sie in der Erfindung in ihren natürlich vorkommenden Mengen erhalten, wie sie in Sojabohnen angetroffen werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung umfasst ein Sojaproteinprodukt, welches (a) mindestens 60% Protein-Gesamttrockensubstanz hat; (b) einen zusammengefassten Gehalt von Monosaccharid und Saccharose von mindestens 10% der Gesamttrockensubstanz und (c) weniger als etwa 5% unverdauliche Oligosaccharide bezogen auf die Gesamttrockensubstanz und (d) weitgehend frei ist von Galactinol, wobei das Produkt weniger als 2% Rohfaser bezogen auf die Gesamttrockensubstanz hat. In einer anderen Ausführungsform betrifft die vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Proteinproduktes, umfassend: (a) Bereitstellen eines weitgehend entfetteten Sojabohnenmaterials; (b) Behandeln des Materials mit einem Enzym bei einer wirksamen Temperatur und pH-Wert für eine wirksame Zeitdauer, um einen zusammengefassten Gehalt an Monosaccharid und Saccharose von mindestens 10% der Gesamttrockensubstanz in dem Produkt zu erzielen und weniger als 5% unverdauliche Oligosaccharide bezogen auf die Gesamttrockensubstanz in dem Produkt; (c) Entfernen von Faser aus dem Material vor oder nach der Behandlung, um in dem Produkt mindestens 60% Protein der Gesamttrockensubstanz zu erzielen, und (d) Inaktivieren des Enzyms nach der Behandlung. Das Produkt wird sodann in einem Getränkeprodukt in flüssiger oder trockner Form, in einem Futtermittel- oder Lebensmittelprodukt verwendet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt die Einflüsse eines α-Glycosidaseenzyms, nämlich einem α-Galactosidaseenzym ohne Invertaseaktivität auf Zuckersubstanzen von Sojamehlextrakt in Abhängigkeit von der Zeit. Saccharose kann bis zu über 14% erhöht sein. Stachyose kann bis zu etwa 0,2% herabgesetzt sein. Unverdauliche Gesamt-Oligosaccharide können bis auf weniger als 2% herabgesetzt sein. Raffinose nimmt zunächst bis etwa 3% nach 1 Stunde zu, nimmt jedoch danach bis auf etwa 2% nach 3 Stunden ab. Der Gehalt an Monosaccharid beträgt mehr als das Zweifache.
2 zeigt eine verallgemeinerte Darstellung einer der Ausführungsformen der Erfindung. Sojamehl wird mit Wasser, Säure und Enzym aufgeschlämmt und im Verlaufe von mehreren Stunden bei einer erhöhten Temperatur umgesetzt. Der pH-Wert der umgesetzten Aufschlämmung wird mit einer Base eingestellt. Nach dem eingestellten pH-Wert wird die umgesetzte Aufschlämmung zentrifugiert. Das Konzentrat wird pasteurisiert, eingeengt und unter Erzeugung eines Sojaproteinproduktes getrocknet. Der Kuchen aus der Zentrifugation wird gegebenenfalls unter Erzeugung eines faserreichen Nebenproduktes getrocknet.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung umfasst ein Sojaproteinprodukt, welches (a) mindestens 60% Protein-Gesamttrockensubstanz hat; (b) einen zusammengefassten Gehalt an Saccharose und Monosaccharid von mindestens 10% der Gesamttrockensubstanz und (c) weniger als etwa 5% unverdauliche Oligosaccharide bezogen auf die Gesamttrockensubstanz sowie (d) das weitgehend frei ist von Galactinol, wobei das Produkt weniger als 2% der Rohfaser der Gesamttrockensubstanz hat. In einer anderen Ausführungsform betrifft die vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Proteinproduktes, umfassend: (a) Bereitstellen eines weitgehend entfetteten Sojabohnenmaterials; (b) Behandeln des Materials mit einem Enzym bei einer wirksamen Temperatur und pH-Wert für eine wirksame Zeitdauer, um einen zusammengefassten Gehalt an Monosaccharid und Saccharose von mindestens 10% der Gesamttrockensubstanz in dem Produkt zu erzielen und weniger als 5% unverdauliche Oligosaccharide bezogen auf die Gesamttrockensubstanz in dem Produkt; (c) Entfernen von Fasern aus dem Material vor oder nach der Behandlung, um in dem Produkt mindestens 60% Protein der Gesamttrockensubstanz zu erzielen, und (d) Inaktivieren des Enzyms nach der Behandlung. Das Produkt wird sodann in einem Getränkeprodukt in flüssiger oder trockner Form, in einem Futtermittel- oder Lebensmittelprodukt verwendet.
Das erfindungsgemäße verfahren schließt allgemein ein: 1) Enthülsen der ganzen Sojabohnen; 2) Flockenwalzen der enthülsten Sojabohnen; 3) Extrahieren von Sojaöl aus den Sojabohnenflocken mit Hexan als Lösemittel; 4) Entfernen der entfetteten Sojaflocken von Lösemittel ohne starkes Erhitzen oder Rösten, um "weiße" Flocken zu erzeugen; 5) Mahlen der Flocken unter Erzeugung von Sojamehl; 6) Entfernen von Fasermaterial aus dem Sojamehl und Hydrolysieren von Stachyose und Raffinose im Sojamehl mit einem Enzym und anschließend das Enzym desaktivieren; 7) Trennen der Aufschlämmung in Liquor und Kuchen und 8) Trocknen des Liquors. Die vorstehend beschriebenen Schritt 1 bis 4 werden üblicher Weise als der Extraktionsprozess für Sojabohnen bezeichnet. Die allgemeine Prozedur für die vorstehend beschriebenen Schritte 1 bis 5 ist gut verständlich. Siehe hierzu die US-P-5097017 (Konwinski), 3897574 (Pass); "Extraction of Oil from Soybeans," J. Am. Oil Chem. Soc., 58, 157 (1981) und "Solvent Extraction of Soybeans," J. Am. Oil Chem. Soc., 55, 754 (1978).
Der erste vorstehend beschriebene Punkt ist das Enthülsen. Beim Enthülsen handelt es sich um einen Prozess, bei dem die Sojabohnenhülsen von den ganzen Sojabohnen entfernt werden. Die Sojabohnen werden vor dem Enthülsen sorgfältig gereinigt, um Fremdstoffe zu entfernen, sodass das Produkt nicht durch Farbkörper kontaminiert wird. Normalerweise werden Sojabohnen vor dem Enthülsen zu etwa 6 bis 8 Teilstücken zerkleinert.
Die Hülse macht im typischen Fall etwa 8 Gew.% der ganzen Sojabohne aus. Die enthülste Sojabohne hat etwa 10% Wasser, 40% Protein, 20% Fett, wobei der Rest überwiegend Kohlenhydrate, Fasern und Mineralien sind.
Der vorstehend beschriebene zweite Schritt ist der Prozess des Flockenwalzens. Vor dem Flockenwalzen werden die Sojabohnen konditioniert, indem Feuchtigkeit und Temperatur so eingestellt werden, dass die Sojabohnenteilstücke ausreichend plastisch sind. Die konditionierten Sojabohnenstücke werden durch Flockenwalzen geführt, um Flocken einer Dicke von etwa 0,01 bis 0,012 Inch zu erzeugen.
Der vorstehend beschriebene dritte Schritt betrifft die Entfernung von Sojaöl aus den Flocken. Die Sojaflocken werden entfettet, indem sie mit Hexan zur Entfernung von Sojaöl kontaktiert werden. Sojaöl wird in Margarine verwendet, Bratfett und anderen Lebensmittelprodukten und stellt eine gute Quelle für Lecithin dar und findet zahlreiche nützliche Anwendungen als Emulgiermittel.
In dem vorstehend beschriebenen vierten Schritt werden die mit Hexan entfetteten Sojaflocken von Hexan als Lösemittel befreit, ohne geröstet zu werden, um weiße Flocken zu erzeugen. Dieses unterscheidet sich von konventionellen Sojaöl/Hexan-Prozessen, wo die Flocken geröstet und für Tierfutter verwendet werden.
In dem vorstehend beschriebenen fünften Schritt werden die weißen Flocken gemahlen, um Sojamehl zu erzeugen. Sojamehl, das als Ausgangsmaterial für die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, ist leicht kommerziell verfügbar. Kommerzielles Sojamehl enthält im typischen Fall mindestens 50% (52,5%) Protein (N X 6,25); etwa 30–40% (34,6%) Kohlenhydrate; etwa 5–10% (6%) Feuchtigkeit; etwa 5–10% (6%) Asche; etwa 2–3% (2,5%) Rohfaser und weniger als etwa 1% (0,9%) Fett (Etherextrakt).
In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat das Sojamehl einen Protein-Dispergierbarkeitsindex (PDI) von 90 und ist 80 Mesh. Der PDI-Wert wird nach der Methode Ba 10-65 der American Oil Chemist's Society (AOCS) ermittelt. Ein PDI-Wert von 90 würde ein Sojamehl ohne Wärmebehandlung sein, das enzymaktiv ist. 80 Mesh bedeutet, dass mehr als 95% des Sojamehls ein US Standardsieb Nummer 80 passiert.
Der nächste Schritt der Erfindung umfasst das Behandeln des Ausgangsmaterials mit einem Enzym und das Entfernen von Faser aus dem Material vor oder nach der Enzymbehandlung. In jedem Fall wird das Ausgangsmaterial zuerst mit Wasser aufgeschlämmt. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Wasser vorgewärmt. Eine geeignete Temperatur beträgt 54°C (130°F). In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat die Aufschlämmung etwa 10–20% Feststoffe.
In der Regel ist es außerdem notwendig, für eine gewisse Bewegung oder ein Mischen der Aufschlämmung des Ausgangsmaterials zu sorgen. Eine Möglichkeit zur Ausführung des Mischens ist ein Rührwerk vom Propellertyp.
Die Aufschlämmung wird bei einer wirksamen Temperatur und pH-Wert über eine wirksame Zeitdauer mit einem Enzym behandelt, um einen zusammengefassten Gehalt an Saccharose und Monosaccharid von mindestens 10% der Gesamttrockensubstanz und weniger als 5% unverdauliche Oligosaccharide der Gesamttrockensubstanz in dem Sojaproteinprodukt zu erzielen. 1 zeigt den Verlauf der Hydrolyse in den Sojazuckerstoffen, wo eine Abnahme an Stachyose zu erkennen ist, eine zeitweise Zunahme an Raffinose, eine Zunahme an Saccharose und eine Zunahme an freier Galactose. Die Zunahme an Raffinose ist darauf zurückzuführen, dass sie als ein Zwischenprodukt schneller erzeugt wird, als sie Hydrolysiert wird.
In der bevorzugten Ausführungsform ist das Enzym ein α-Glycosidaseenzym und am Meisten bevorzugt ein α-Galactosidaseenzym mit weitgehend keiner Invertase (Saccharase)-Aktivität. Ein Beispiel für das am Meisten bevorzugte Enzym ist Alpha-Gal 1000 von Novo Nordisk A/S, wobei die am Meisten bevorzugte wirksame Menge davon etwa 990–5560 Galactosidaseeinheiten pro Kilogramm (450–2.300 Galactosidaseeinheiten pro Pound) des Ausgangsmaterials beträgt, was etwa 0,45–2,27 g (0,001–0,005 Pound) des Enzyms in seiner flüssigen Form pro Pound Ausgangsmaterial bedeutet. Die Enzymaktivität in Galactosidaseeinheiten pro Gramm wird nach der analytischen Methode von Novo Nordisk bestimmt.
Alpha-Gal 1000 ist ein Enzym mit Einzelaktivität, das lediglich Stachyose und Raffinose unter Erzeugung von Galactose und Saccharose erzeugt, wobei das Enzym im pH-Bereich 3,5 bis 6,5 wirksam ist. Ein anderes geeignetes Enzym ist α-Galactosidase, die von der Amano Company hergestellt wird. Beide Enzyme erreichen eine vollständige Umwandlung von Stachyose und Raffinose bei Umgebungstemperatur und vorgegebener Zeit.
In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die wirksame Zeit 1–4 Stunden und am Meisten bevorzugt 2–3 Stunden; die wirksame Temperatur beträgt 52°–60°C (125°–140°F) und am Meisten bevorzugt 52°–54°C (125°–130°F), wobei der wirksame pH-Wert 6–6,5 beträgt und am Meisten bevorzugt 6–6,3. Eine der Maßnahmen, den wirksamen pH-Wert zu erreichen, besteht in der pH-Wert-Einstellung der Aufschlämmung mit Salzsäure.
In der vorliegenden Erfindung kann die wirksame Zeit so geregelt werden, dass eine gewünschte Menge an unverdaulichen Oligosacchariden in dem Sojaproteinprodukt erzielt wird. Wenn beispielsweise die wirksame Zeit mit dem bevorzugten Enzym auf 1–2 Stunden geregelt wird, kann das Produkt mehr als 1,5% Stachyose der Gesamttrockensubstanz haben und weniger als 2–3% Raffinose der Gesamttrockensubstanz.
Nach der Enzymbehandlung wird das Enzym in dem Verfahren der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung inaktiviert. Eine der Maßnahmen zur Desaktivierung ist die Pasteurisierung bei 82°C (180°F).
Eine der Maßnahmen zum Pasteurisieren ist das Strahl-Kochen. In einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Aufschlämmung in einem doppelwandigen Kessel mit Dampfmantel gehalten werden. Die Inaktivierung/Pasteurisierung des Enzyms wird so ausgeführt, dass das Produkt auch auf Salmonellen negativ getestet wird und über ein zulässiges mikrobielles Profil verfügt.
Der nächste Verfahrensschritt, der zu beschreiben ist, ist die Entfernung von Fasermaterial, um mindestens 60% Protein der Gesamttrockensubstanz in dem Produkt und mehr bevorzugt 66% Protein mit einer Ausbeute von etwa 70% Produkt zu erzielen. Wiederum kann die Entfernung des Fasermaterials vor oder nach der Enzymbehandlung erfolgen. 2 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wo die Entfernung des Fasermaterials nach der Enzymbehandlung erfolgt und das Enzym nach der Entfernung des Fasermaterials inaktiviert wird.
Eine der Maßnahmen zur Entfernung von Fasermaterial besteht in der Einstellung des pH-Wertes der Aufschlämmung auf etwa 7–7,5 und am Meisten bevorzugt 7,4 mit Natriumhydroxid und Abtrennen der Aufschlämmung, um einen Kuchen und einen Liquor zu erzeugen. Die Abtrennung kann mit einer Reihe von physikalischen Trennmethoden vorgenommen werden, wobei jedoch die Zentrifugation das wirksamste und effektivste Mittel ist. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zur Ausführung der Trennung eine Zentrifuge vom Schneckentyp verwendet. In einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Trennung mit einer Scheibenzentrifuge oder einer Röhrenzentrifuge ausgeführt werden.
Das Material (der Liquor), von dem das Fasermaterial entfernt worden ist und das einer Enzymbehandlung unterzogen wurde, wird unter Erzeugung des Sojaproteinproduktes getrocknet. Die bevorzugte Maßnahme des Trocknens ist ein Vertikalsprühtrockner mit einer Hochdruckdüse.
Das Produkt findet zahlreiche Anwendungen. Beispielsweise kann es als ein Milchersatzstoff und in Getränkmischungen und Getränkeprodukten verwendet werden, wie beispielsweise Schoko-, Vanilleund Ananasgetränken; für Molkereiprodukte, wie beispielsweise Fruchtjoghurt; für Nahrungsmittel und Diätprodukte, wie beispielsweise Proteinriegel; Vollmuskelfleischinjektion; Surimiprodukte; emulgierte Fleischprodukte; Cerealienprodukte, wie beispielsweise Frühstückscerealien; Backerzeugnisse, wie beispielsweise Blaubeermuffins und andere Getränkeprodukte in flüssiger und trockner Form, Futter- oder Lebensmittelprodukte.
2 zeigt, dass der Liquor wahlweise nach der Abtrennung konzentriert wird. Die Eindickung kann mit Hilfe von Verfahrensschritten einer Membrantrenn- oder Verdampfungsanlage ausgeführt werden. Ein Vorteil des Eindickens des Liquors vor dem Trocknen besteht darin, dass die Kosten für das Trocknen verringert werden.
2 zeigt, dass der Kuchen wahlweise unter Erzeugung eines faserreichen Nebenproduktes getrocknet wird. Das Nebenprodukt würde etwa über 20–25% Protein verfügen.
Die getrockneten Produkte können mit kommerziellem Lecithin oder anderen Tensiden mit Nahrungsmittelqualität überzogen werden, wie beispielsweise mit Monodiglyceriden, um die Wasserdispergierbarkeit zu verbessern und die Klumpenbildung des Produktes zu verringern. Ein derartiger zusätzlicher Überzug würde im Bereich von etwa 0,5% liegen.
Diese und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf ein oder mehrere der folgenden Beispiele leichter verstanden.
BEISPIEL 1
Es wurden 40 Gramm (g) Sojamehl mit einem Protein-Dispergierbarkeitsindex (PDI) von 90 in 360 g Wasser aufgeschlämmt und auf ein Temperaturgleichgewicht von 52°C im Wasserbad unter kontinuierlichem Rühren gebracht. Der pH-Wert der Aufschlämmung wurde mit 6,5 gemessen und wurde nicht weiter eingestellt. Es wurde eine Kontrollprobe genommen und sodann 0,19 g (0,5% der Feststoffe) eines α-Galactosidaseenzyms mit Aktivität auf der geringen Seite (Novo Nordisk Alpha-Gal 1000) der Aufschlämmung zugegeben. Das Rühren wurde während des gesamten Prozesses fortgesetzt. Die Proben wurden zu den Stunden 1, 2, 3 und 4 genommen. Sobald die jeweilige Probe und einschließlich die Kontrollprobe genommen wurden, wurden sie in ein 50ml-Zentrifugenröhrchen gegeben und für 10 Minuten in siedendes Wasser getaucht, um das Enzym zu inaktivieren. Die Proben wurden für 5 Minuten bei 3.000 U/Min. zentrifugiert und anschließend der Überstand dekantiert, tiefgefroren und gefriergetrocknet. Die Zuckeranalyse wurde an den gefriergetrockneten Überständen nach der Methode von Sbukla ausgeführt, Fett Wissenschaft Technologie, 89 (2), pp. 75–79 (1989).
TABELLE
BEISPIEL 2
Es wurden 236 kg (519 Pound) Wasser in einen Mischbehälter bei 52°C (130°F) gegeben. Es wurden 23 kg (50 lb) Sojamehl zugesetzt. Der pH-Wert wurde mit Salzsäure auf 6,2 eingestellt. Es wurden 113,5 Gramm (g) Alpha-Gal 1000-Enzym von Novo Nordisk zugegeben. Die Aufschlämmung wurde für 3 Stunden (h) bei 54°C (130°F) gemischt. Der pH-Wert der mit Enzym behandelten Aufschlämmung wurde mit 50%-igem Natriumhydroxid auf 7,4 eingestellt. Die enzymbehandelte Aufschlämmung mit eingestelltem pH-Wert wurde mit einer Zuführrate von einem Gallon pro Minute (GPM) in eine Schneckenzentrifuge von Sharples gegeben. Der Liquor (6,90% Feststoffe) wurde einem Strahl-Kochen bei 4 GPM und 104°C (220°F) unterzogen. Der Liquor wurde nach dem Strahl-Kochen sprühgetrocknet, indem eine Hochdruckpumpe verwendet wurde, die eine Sprühdüse speiste. Die Austrittstemperatur des Trockners betrug 91°C (195°F). Das Sprühtrocknen des strahlgekochten Liquors lieferte 11,0 kg (24,1 lb) Sojaproteinprodukt. Der zentrifugierte Kuchen wurde erneut verdünnt und sprühgetrocknet um ein faserreiches Coprodukt zu erzeugen.
Das Sojaproteinprodukt enthält 4,99% Feuchtigkeit (95,01% Trockensubstanz); 9,92% Stickstoff (7,88% Stickstoffsuspension; 79,44 Stickstofflöslichkeitsindex); 61,99% Rohprotein; 0,4% Rohfaser; 0,22% Rohfett und 8,24% Asche. Das Produkt hat 15,9% Gesamtzucker (159,8 Milligramm (mg)/g); 2,8% unverdauliche Oligosaccharide (28,44 mg/g); 2,2% Monosaccharide (22,06 mg/g); 0,3% Fructose; 0,3% Glucose; 1,6% Galactose; 10,9% Saccharose (108,67 mg/g); keine Melibiose oder Galactinol; 1,9% Raffinose (18,64 mg/g) und 1,0% Stachyose (9,70 mg/g). Der pH-Wert des Sojaproteinproduktes betrug 7,31. Das Produkt erzeugte eine dicke Konsistenz bei einem Feststoffgehalt von 14% in Wasser und 90°C und mit 16% bei 70°C; ein leichtes Gel bei 16% und 80°C und ein Gel bei 16% und 90°C. Das Produkt hat eine Partikelgrößenverteilung von 60,7% zurückgehalten auf einem US Standardsieb Nummer (#) 400; 13,1% zurückgehalten auf einem # 200 und 0,8% zurückgehalten auf einem # 100.
BEISPIEL 3
Eine Anwendung für das in Beispiel 1 erzeugte Sojaproteinprodukt ist eine Sojamilch mit 6,25 g Sojaprotein in einer Portion von 24 g. Eine Rezeptur für ein solches Getränk enthält: 808,2 g Wasser (80,82%); 62 g Zucker (6,2%); 42,4 g Sojaproteinprodukt (4,24%); 38,6 g Cerestar USA, Inc. C*MD 01960-Maltodextrin (3,86%); 27 g Cerestar USA C*Dry GL 01925-Getreidesirup (2,7%); 12 g Gummi Arrabicum (1,2%); 5 g Central Soya Company, inc. Sojaöl (0,5%); 2,5 g Central Soya CENTROLEX^®F-Lecithin (0,25%); 1,8 g Natriumcitrat (0,18%); 0,3 g zweibasisches Natriumphosphat (0,03%) und 0,02% Antischaummittel. Die trockenen Bestandteile wurden vermengt; vorgewärmt (60°C, 140°F), Wasser zugegeben; Antischaummittel zugegeben; unter Hochleistungsscherung gemischt/homogenisiert (17.500 kPa:2.500 PSIG) (Überdruck) und bei ultrahoher Temperatur (141°C, 285°F) für 5 Sekunden behandelt.
Das Fertigprodukt war bei neutralem pH-Wert stabil und hatte einen guten Geschmack ähnlich der kommerziellen Sojamilch. Die auffälligste Verbesserung des Produktes bestand im Gaumeneindruck. Das Getränk war glatt und frei von Körnigkeit im Vergleich zu Getränken, die aus den gegenwärtig verfügbaren Sojaproteinkonzentraten hergestellt werden.

Claims

Sojaproteinprodukt, welches (a) mindestens 60% Protein-Gesamttrockensubstanz hat; (b) um einen zusammengefassten Gehalt von Monosaccharid und Saccharose von mindestens 10% Gesamttrockensubstanz hat; einen zusammengefassten Gehalt hat an Raffinose und Stachyose von weniger als 5% Gesamttrockensubstanz hat und (d) weitgehend frei ist von Galactinol, wobei das Produkt weniger als 2% Rohfaser der Gesamttrockensubstanz hat.
Produkt nach Anspruch 1, worin das Soja nicht von Sojabohnen mit geringem Oligosaccharid stammt.
Produkt nach Anspruch 2, wobei das Produkt ein mit Enzym behandeltes Produkt ist.
Produkt nach Anspruch 3, wobei das Enzym eine α-Glycosidase ist.
Produkt nach Anspruch 4, wobei die α-Glycosidase eine α-Galactosidase mit im Wesentlichen keiner Invertaseaktivität ist.
Produkt nach Anspruch 1, mit weniger als 10% Saccharose der Gesamttrockensubstanz.
Produkt nach Anspruch 1, worin der Saccharose-Gehalt mindestens 10,5% der Gesamttrockensubstanz und der Monosaccharid-Gehalt etwa 2–3% der Gesamttrockensubstanz beträgt.
Produkt nach Anspruch 1, wobei das Produkt weniger als 1,5% Stachyose der Gesamttrockensubstanz und weniger als 2–3% Raffinose der Gesamttrockensubstanz aufweist.
Produkt nach Anspruch 1 mit einem Gehalt an Isoflavon größer als 2500 Mikrogramm/Gramm Gesamttrockensubstanz und einem Gehalt an schwefelhaltiger Aminosäure größer als 2,2% des Gesamtgehaltes der Aminosäure.
Getränk, Lebensmittel oder Nahrungsmittelprodukt in flüssiger oder trockener Form, bei dem das Produkt nach Anspruch 1 verwendet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Proteinproduktes, umfassend: (a) Bereitstellen eines weitgehend entfetteten Sojabohnenmaterials; (b) Behandeln des Materials mit einem Enzym bei einer wirksamen Temperatur und pH-Wert für eine wirksame Zeitdauer, um einen zusammengefassten Gehalt an Monosaccharid und Saccharose von mindestens 10% der Gesamttrockensubstanz in dem Produkt und einen zusammengefassten Gehalt an Raffinose und Stachyose von weniger als 5% der Gesamttrockensubstanz in dem Produkt zu erzielen; (c) Entfernen von Faser aus dem Material vor oder nach der Behandlung, um in dem Produkt mindestens 60% Protein der Gesamttrockensubstanz zu erzielen; (d) Inaktivierung des Enzyms nach der Behandlung.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Enzym ein α-Glycosidase-Enzym ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die α-Glycosidase eine α-Galactosidase mit im Wesentlichen keiner Invertaseaktivität ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei in der Behandlung etwa 990–5560 Galactosidase-Einheiten pro Kilogramm des Materials verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend das Aufschlämmen des Materials mit Wasser vor der Enzymbehandlung oder der Faserentfernung.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Aufschlämmung etwa 10–20% Fettstoffe hat.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die wirksame Temperatur etwa 52°–60°C beträgt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der wirksame pH-Wert etwa 6 bis 6,5 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der wirksame pH-Wert durch Zugabe von Salzsäure zu der Aufschlämmung erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die wirksame Zeitdauer etwa 1 bis 4 Stunden beträgt.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die wirksame Zeitdauer etwa 1 bis 3 Stunden beträgt und das Produkt mehr als 1,5% Stachyose der Gesamttrockensubstanz und weniger als etwa 2–3% Raffinose der Gesamttrockensubstanz hat.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die wirksame Zeitdauer etwa 2 bis 4 Stunden beträgt und die Saccharose mindestens 10,5% der Gesamttrockensubstanz in dem Produkt ausmacht und der Gehalt an Monosaccharid etwa 2–3% der Gesamttrockensubstanz in dem Produkt beträgt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Faserentfernung ausgeführt wird, indem der pH-Wert der Aufschlämmung auf etwa 7 bis 7, 5 eingestellt wird und diese pH-eingestellte Aufschlämmung unter Erzeugung eines Kuchens abgetrennt wird, der einen hohen Fasergehalt enthält.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei der pH-Wert unter Verwendung von Natriumhydroxid eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Abtrennung durch Zentrifugation ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend das Trocknen der mit Enzym behandelten und von Fasern befreiten Aufschlämmung.
Verfahren nach Anspruch 26, ferner umfassend das Eindicken der faserbefreiten und mit Enzym behandelten Aufschlämmung vor dem Trocknen.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei das Eindicken mit Hilfe einer Verdampfung oder Membranfiltration ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Trocknen ein Sprühtrocknen ist.
Verfahren nach Anspruch 23, ferner umfassend das Trocknen des Kuchens unter Erzeugung eines faserreichen Nebenproduktes.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Enzym-Inaktivierung eine Pasteurisierung bei etwa 82°C ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Material einen Protein-Dispergierbarkeitsindex von 90 hat.
Verfahren nach Anspruch 32, wobei das Material nicht wärmebehandelt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Material weitgehend frei ist von Galactinol.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Produkt weniger als 2% Rohfaser der Gesamttrockensubstanz hat.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Produkt einen Gehalt an Isoflavon von mehr als 2500 Mikrogramm/Gramm der Gesamttrockensubstanz und einen Gehalt an schwefelhaltiger Aminosäure von mehr als 2,2% des Gesamtgehaltes an Aminosäure hat.
Getränk, Lebensmittel oder Nahrungsmittelprodukt in flüssiger oder trockener Form, bei dem das nach Anspruch 11 hergestellte Produkt verwendet wird.
Verfahren zum Herstellen eines mit Enzym behandelten Sojaproteinproduktes, umfassend: (a) Bereitstellen eines Sojabohnenmaterials mit mindestens 50% Protein (N X 6.25), etwa 30–40% Kohlehydraten; etwa 5–10% Feuchtigkeit; weniger als etwa 1% Fett und einen Protein-Dispergierbarkeitsindex von etwa 90, das weitgehend frei ist von Galactinol; (b) Aufschlämmen des Materials mit Wasser, sodass die Aufschlämmung etwa 10–20% Feststoffe hat; Salzsäure, sodass der pH-Wert der Aufschlämmung etwa 6–6,5 beträgt, und eine wirksame Menge an α-Galactosidase-Enzym; (c) Umsetzen der Aufschlämmung für etwa 1 bis 4 Stunden bei etwa 52°–60°C; (d) Einstellen des pH-Wertes der umgesetzten Aufschlämmung auf etwa 7–7,5 mit Natriumhydroxid; (e) Zentrifugieren der pH-eingestellten, umgesetzten Aufschlämmung unter Erzeugung eines Kuchens und einer Flüssigkeit; (f) Pasteurisieren der Flüssigkeit, um das Enzym zu inaktivieren; (g) Eindicken der pasteurisierten Flüssigkeit durch Verdampfung oder Membranfiltration; (h) Sprühtrocknen der eingedickten Flüssigkeit unter Erzeugung des Produktes, das mindestens 60% Protein der Gesamttrockensubstanz hat; einen zusammengefassten Gehalt an Monosaccharid und Saccharose von mindestens 10% der Gesamttrockensubstanz; einen zusammengefassten Gehalt an Raffinose und Stachyose von weniger als 5% der Gesamttrockensubstanz und weniger als 2% Rohfaser der Gesamttrockensubstanz.
Verfahren nach Anspruch 38, ferner umfassend das Trocknen des Kuchens unter Erzeugung eines faserreichen Nebenproduktes.
Getränk, Lebensmittel oder Nahrungsmittelprodukt in flüssiger oder trockener Form, bei dem das nach Anspruch 38 hergestellte Produkt verwendet wird.