Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung von Sojaquark unter
Mikrowellenbehandlung.
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Sojaquark wurde früher durch Zusatz von
Calciumsulfat, Calciumchlorid oder diesen anorganischen
Chemikalien ähnlichen Substanzen zu heißer Sojamilch
hergestellt. Diese Koagulationsmittel erwiesen sich als sehr
wirksam. Nach der Koagulation wird der Quark durch
Pressen von der Molke befreit und geformt. Dieses
althergebrachte Herstellungsverfahren ist ausschließlich auf
eine diskontinuierliche Fahrweise ausgerichtet.
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In den 60er Jahren wurde ein neues
Koagulationsmittel vom sauren Typ entwickelt, Glucono-delta-lacton,
das im folgenden als "GDL" bezeichnet wird. Damit erhält
man einen gleichförmigen, feinkörnigen Sojaquark. Bei
Verwendung von GDL als Koagulationsmittel verfährt man
bei der Sojaquarkherstellung üblicherweise wie folgt:
Nach dem Kochen und Filtrieren kühlt man die Sojamilch
auf Raumtemperatur ab, setzt ihr GDL zu und mischt es
gründlich ein. Diese Mischung aus Sojamilch und
Koagulationsmittel füllt man dann in Verpackungsbehälter, die
dann über geraume Zeit in ein Heißwasserbad mit
konstanter Temperatur eingetaucht werden, bis sich der Quark
bildet. Dieses Verfahren wurde so weit entwickelt, daß
man danach Sojaquark kontinuierlich herstellen kann.
Bezüglich der Verwendung von GDL bei der Herstellung von
Sojaquark gehören die folgenden US-Patentschriften zum
Stand der Technik: 4,000,326; 4,140,811; 4,514,433;
4,537,789; 4,585,665; 4,636,398; 4,789,556; 4,826,701 und
4,828,869.
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GDL leitet sich von Glucose ab und bildet weiße,
geruchlose Kristalle. Es wird in der
Lebensmittelindustrie in großem Umfang als Säuerungsmittel genutzt.
In Wasser hydrolysiert es und zerfällt zu Gluconsäure,
der eigentlich als Säuerungsmittel aktiven Substanz. Ganz
analog ist die Gluconsäure auch bei der Koagulation von
Sojaquark das aktive Koagulationsmittel.
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In Pulverform ist GDL stabil. Es löst sich sehr
gut in Wasser. Setzt man es Wasser zu, so hydrolysiert es
langsam zu einer Gleichgewichtsmischung aus Gluconsäure
und deren delta- und gamma-Lactonen, wie die folgende
Gleichung zeigt.
D-Glucono-delta-lacton
D-Gluconsäure
D-Glucono-gamma-lacton
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Bei Raumtemperatur erfolgt innerhalb von etwa
drei Stunden vollständige Hydrolyse. Figur 1 zeigt das
Ausmaß der Säurebildung mit steigender Zeitdauer für
gepufferte wäßrige GDL-Lösungen bei verschiedenen
Konzentrationen bei 20ºC. Aus einem Vergleich der Kurven Nr. 1
und Nr. 2 der Figur 1 ergibt sich, daß bei Lösungen
gleicher Konzentration die
Hydrolyseanfangsgeschwindigkeit bei einer neutraleren Lösung viel höher ist
als bei einer saureren Lösung. Da Gluconsäure das
Koagulationsmittel ist, ergibt sich durch die höhere
Gluconsäure-Freisetzungsgeschwindigkeit sofort eine höhere
Koagulationsmittelkonzentration und nach einer beliebigen
Gesamtzeitdauer nach dem Gluconsäurezusatz ein längerer
Zeitraum zur Diffusion der höheren
Koagulationsmittelkonzentration durch die Sojamilch. Ferner läßt sich die
Schlußfolgerung ziehen, daß die in einer ungepufferten
Lösung mit fortschreitender Hydrolyse gebildete
Gluconsäuremenge die nachfolgende GDL-Hydrolysegeschwindigkeit
herabsetzen wird. Im Gegensatz dazu führt eine Verarmung
an Gluconsäure, wie sie bei der Entfernung von
Gluconsäure aus der durch diese zu Sojaquark koagulierenden
Sojamilch auftritt, zu stärkerer Lactonhydrolyse.
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Eine andere bemerkenswerte Eigenschaft der GDL-
Hydrolysegeschwindigkeit läßt sich unter Bezugnahme auf
Figur 2 näher untersuchen, in der für eine 1%ige wäßrige
GDL-Lösung bei Temperaturen von 5º, 20º, 50º und 90ºC der
Hydrolysegrad in Form des pH-Werts der Lösung gegen die
Zeit aufgetragen ist. Diese Kurven zeigen alle
umgekehrtes Exponentialverhalten, d.h. die Geschwindigkeit steigt
in der Anfangsphase schnell an, erreicht ein Maximum und
fällt dann auf einen Minimalwert ab, wobei dieses Merkmal
bei höheren Temperaturen von 50ºC und 90ºC stärker
ausgeprägt ist. Dabei ist zu erkennen, daß bei 90ºC
bereits nach einer Zeitdauer von nur etwa 5 Minuten ein
Gleichgewichts-pH-Wert von 2,5 - 2,6 erreicht wird. Daher
ist es zur Erzielung der maximalen
GDL-Hydrolysegeschwindigkeit ganz besonders vorteilhaft, die
Koagulation bei einer Temperatur von etwa 90ºC
durchzuführen.
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In Japan führt man bei der technischen
Herstellung von Sojaquark, der im Japanischen "Tofu" genannt
wird, die Koagulation bei 80º - 90ºC mit Hilfe eines
Heißwasserbads und mit einer Eintauchzeit von 40 - 50
Minuten durch, wodurch man gute Koagulationsergebnisse
erhält. Die Gerätschaften für ein Heißwasserbad für die
kontinuierliche Herstellung sind jedoch kompliziert und
teuer. Außerdem sinkt aufgrund der zur Überführung von
Wärme aus dem Heißwasserbad in die Behälter mit der
flüssigen Mischung aus Sojamilch und Koagulationsmittel
zwecks Erhöhung der Temperatur der Flüssigkeit benötigten
Zeit die Produktionsleistung.
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In der japanischen Patentschrift Nr. 61-19465,
deren Gegenstand nicht in einem technischen Verfahren
ausgeführt ist, ist bereits vorgeschlagen worden, eine
Mischung aus Sojamilch und Koagulationsmittel mittels
Mikrowellenenergie zu erhitzen, jedoch nicht mit der
Absicht, das Erhitzen besser als das Erhitzen mit einem
Heißwasserbad auf die Eigenschaften des Koagulations
mittels abzustimmen. In der japanischen Patentschrift
61-19465 handelt es sich bei dem Koagulationsmittel um
Bitterlauge oder Glucan, einem Polysaccharid aus Glucose.
Es wird behauptet, daß die Koagulation nach Vorerhitzen
der Sojamilch auf 65ºC und Mischen der vorerhitzten
Sojamilch mit Koagulationsmittel und anschließender
einminütiger Einstrahlung von Mikrowellenenergie zwecks
Erhitzen der Mischung auf 85ºC vollständig ist. Ferner
wird behauptet, daß man alternativ dazu die heiße, frisch
hergestellte Sojamilch zunächst auf eine Temperatur unter
derjenigen, bei der Koagulation auftritt (etwa 10ºC für
Bitterlauge und etwa 25ºC für Glucan), abkühlen, dann mit
dem Koagulationsmittel mischen und schließlich nach dem
Abfüllen in Behälter oder beim Durchpumpen durch ein Rohr
etwa zwei Minuten lang Mikrowellenenergie aussetzen kann,
wodurch die Mischung zur Vervollständigung der
Koagulation auf 80ºC erhitzt wird. Dort werden jedoch die zur
Gewährleistung eines guten Produkts einzuhaltenden
Verfahrenbedingungen nicht definiert. Beispielsweise
finden sich keinerlei Angaben über den auf die flüssige
Masse, welches Gewicht sie auch haben mag, zu
übertragenden Betrag an Mikrowellenenergie. Außerdem ist es nicht
glaubwürdig, daß man nach einem ein oder zwei Minuten
langen Koagulationsprozeß einen annehmbaren Tofu erhalten
kann.
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In der britischen Patentanmeldung 2 155 751A
versetzt man Sojamilch mit GDL. Die Mischung wird mit dem
Ziel, sie 20 bis 30 Minuten lang bei 80 bis 90ºC zu
halten und dadurch Quark zu bilden, ein bis zwei Minuten
lang gekocht und 20 Minuten lang stehengelassen. Mit
Sojamilch gemischte Quarkstücke werden beispielsweise
analog der zunächst vorgenommenen
Koagulationsverfahrensweise koaguliert.
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Die Erfindung ist in Anspruch 1 dargelegt, wobei
Fakultativmerkmale in den Unteransprüchen definiert sind.
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Durch einen einer geeigneten Dosis entsprechenden
kurzen Mikrowellenenergiestoß steigt die Temperatur der
Flüssigkeit aus Koagulationsmittel und Sojamilch rasch
auf ein gewünschtes Niveau an. Der einzusetzende
Mikrowellenenergiebetrag läßt sich aus den dielektrischen und
thermischen Eigenschaften der Sojamilch errechnen. Durch
das Mikrowellenerhitzen soll die Flüssigkeit möglichst
schnell auf Temperaturen gebracht werden, bei denen die
GDL-Hydrolysegeschwindigkeit hoch genug ist, um eine
beträchtliche Menge Gluconsäure freizusetzen. Infolge der
Bestrahlung mit einem kurzen Mikrowellenenergiestoß
ergibt sich in der Flüssigkeit eine Temperaturverteilung,
die jedoch das Verfahren nicht nachteilig beeinflußt.
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Man kann die Temperatur zwecks Fortsetzung und
Vervollständigung der Koagulation beispielsweise nach
einem der drei folgenden wahlweisen
Wärmezuführungsverfahren aufrechterhalten:
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(1) Kontinuierliche Bestrahlung mit möglichst
wenig zur obengenannten Aufrechterhaltung
der Temperatur erforderlicher
Mikrowellenenergie.
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(2) Heißwasserbad mit konstanter Temperatur.
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(3) Warmer Raum mit Lagerregalen, in dem
Heißluft mit konstanter Temperatur
umläuft.
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Eine weitere Alternative besteht in der
Verwendung einer Kombination der obengenannten Verfahren (2)
und (3). Die Wahl ist nach einer Wirtschaftlichkeits
analyse hinsichtlich Investitions- und Produktionskosten
eines Verfahrens zu treffen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 zeigt einen bereits veröffentlichten Satz
von Auftragungen der Hydrolyse von wäßrigen GDL-Lösungen
bei 20ºC, gemessen als Änderung in Prozent Gluconsäure
über die Zeit;
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Fig. 2 zeigt einen bereits veröffentlichten Satz
von Auftragungen des GDL-Hydrolysegrads, gemessen an
einer 1%igen GDL-Lösung als Änderung des pH-Werts über
die Zeit bei verschiedenen Temperaturen; und
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Fig. 3 zeigt ein Fließbild eines
erfindungsgemäßen Verfahrens.
Nähere Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung
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Als Ausführungsbeispiel kann die vorliegende
Erfindung bei der Herstellung von Sojaquark die Form des
Produktionsschemas, das sich aus den in Figur 3
dargestellten
Verfahrensschritten zusammensetzt, annehmen.
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Gemäß Schritt 1 in Figur 3 werden trockene
Sojabohnen mit Wasserstrahlen oder in einem geeigneten
Waschtank gewaschen. Sie werden dann gemäß Schritt 2 in
einen Einweichtank eingebracht und nach Zugabe von
genügend Wasser so lange stehengelassen, bis die Bohnen
auf ihre Maximalgröße aufgequollen sind. Nach dem
Aufquellen der Bohnen auf Maximalgröße gibt man viel Wasser
zu. Diese Masse wird gemäß Schritt 3 zum Mahlen in eine
Mahlvorrichtung eingespeist, wonach die gemahlenen Bohnen
einem Vorratstank zugeführt werden, der auch als
Heizwanne dient. Die gemahlene Masse wird dann gemäß Schritt
4 zum Sieden erhitzt und noch 3 - 8 Minuten bei 100ºC
gehalten und anschließend gemäß Schritt 5 mittels einer
Drehtrommel, eines Schwingsiebs oder einer anderen
Vorrichtung zur Abtrennung der Feststoffe von der
Flüssigkeit futriert, wobei es sich bei der Flüssigkeit um die
Sojamilch handelt. In Schritt 6 werden die Feststoffe mit
Wasser gewaschen, zusammen mit dem Waschwasser erhitzt
und filtriert, wonach die Lauge mit der Sojamilch aus
Schritt 5 vereinigt wird. Die Sojamilch wird dann einem
Vorratstank zugeführt, gemäß Schritt 7 dort abgekühlt und
der Feststoffgehalt durch Zugabe von weiterem Wasser zur
Sojamilch auf eine gewünschte Konzentration eingestellt.
Im darauffolgenden Schritt 8 wird die Sojamilch zusammen
mit einer geeigneten Menge Koagulationsmittel in einem
Mischtank eingetragen und gut vermischt. Die Mischung aus
Koagulationsmittel und Sojamilch kann nun gemäß Schritt
9 kontinuierlich einer Verpackungsmaschine zugeführt
werden, in der offene Kunststoffbecher oder -behälter mit
einer zum Verkauf in Supermärkten geeigneten Größe mit
der Mischung aus Koagulationsmittel und Sojamilch befüllt
und anschließend jeweils mit einer Kunststoffolie
verschlossen und mit einem Schnappdeckel aus Kunststoff
versehen werden. Die gefüllten Becher werden dann gemäß
Schritt 10 auf einem Förderband mit einer vorbestimmten
Geschwindigkeit durch einen
Mikrowellenerhitzungs-Tunnelofen transportiert. Anstelle eines Tunnels können auch
hintereinandergeschaltete Mikrowellenöfen in Kastenform
die Aufgabe gleich gut und auf kontinuierliche Weise
erfüllen. Das Erhitzen bei konstanter Temperatur zwecks
Koagulation und Bildung des Sojaquarks gemäß Schritt 11
erfolgt durch Überführen der Produkte aus Schritt 10 in
zwei warme Räume, die wie oben bereits erwähnt bei
bestimmten Temperaturen gehalten werden, in denen sie,
wie ebenfalls oben bereits erwähnt wurde, über
vorbestimmte Zeiträume aufbewahrt werden. Die fertigen Produkte
werden dann gemäß Schritt 12 abgekühlt und in einem
Kühlraum gelagert.
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Bei allen in Verbindung mit der vorliegenden
Erfindung durchgeführten Versuchen wurde die Sojamilch
für jeden Versuch auf die folgende völlig gleiche Art und
Weise hergestellt. 454 g (1 lb) trockene Sojabohnen
wurden abgewogen und in einen Tank gefüllt. Nach Zugabe
von genügend Wasser wurde die Masse stehengelassen, bis
die Sojabohnen so weit wie möglich aufgequollen waren.
Danach wurde der Masse weiteres Wasser zugesetzt, so daß
die gequollenen Sojabohnen naß gemahlen werden konnten.
Dann wurde die gemahlene Masse zum Sieden erhitzt und
noch 3 - 8 Minuten bei 100ºC gehalten. Anschließend wurde
die Masse heiß filtriert und das Filtrat als Sojamilch
aufbewahrt. Nach Zugabe von Wasser zum Filterkuchen wurde
die erhaltene Mischung zwecks Sekundärextraktion zum
Sieden erhitzt. Das aus der Mischung erhaltene Filtrat
wurde mit der Primärcharge Sojamilch vereinigt. Bei
dieser Schrittabfolge wurde insgesamt ein dem Vierfachen
des Volumens der trockenen Sojabohnen entsprechendes
Wasservolumen verwendet.
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Vor der Verwendung der Sojamilch zur Herstellung
von Sojaquark wurde ihr Feststoffgehalt geprüft und
eingestellt. Aus einer Vergleichsversuchsreihe war
bestimmt worden, daß ein Feststoffgehalt von etwa 10
- 14%, insbesondere 10,5 - 13,8%, Sojaquarkprodukte
hervorragender Qualität ergab. Bezüglich der bei jedem Versuch
zur Herstellung von Sojaquark verwendeten Menge des
Koagulationsmittels GDL wurde die Richtlinie der GDL-
Hersteller übernommen, d.h. es wurde eine etwa 0,3 - 0,5
Gew. -% des Gewichts der Sojamilch entsprechende Menge GDL
verwendet. Es stellte sich heraus, daß sich bei
Verwendung einer Mischung aus GDL und mindestens einem Salz eines
zweiwertigen Metalls als Koagulationsmittel eine gewisse
Verbesserung der Verarbeitungsbedingungen und der
Produktqualität erzielen ließ; insbesondere erhält man
einen festeren Sojaquark mit einem weniger sauren
Geschmack. Als derartige Salze sind Calciumsulfat,
Calciumchlorid, Calciumphosphat und Magnesiumchlorid
bevorzugt. Sie können zusätzlich zu den etwa 0,3 - 0,5
Gew. -% GDL verwendet werden oder das GDL teilweise
ersetzen. Typische Zusammensetzungen einer
Koagulationsmittelmischung bestehen aus etwa 70% GDL, etwa 20 - 25%
Calciumsulfat und etwa 10 - 5% Magnesiumchlorid. Andere
typische Zusammensetzungen enthalten etwa 70 - 75% GDL
und etwa 30 - 25% Calciumsulfat.
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In einer Vergleichsversuchsreihe wurde Sojaquark
durch Erhitzen von Sojamilch mit Koagulationsmittel bzw.
einer Koagulationsmittelmischung in einem Umluftofen bei
konstanter Temperatur und ohne jegliches
Mikrowellenerhitzen durchgeführt. Dabei erwies sich ein Erhitzen bei
einer konstanten Temperatur im Bereich von etwa 80 - 90ºC
über einen Zeitraum von etwa 40 - 50 Minuten als
zufriedenstellend. In der Regel wurde festgestellt, daß zur
Herstellung von Sojaquark guter Qualität bei 80ºC 50
Minuten lang und bei 90ºC 40 Minuten lang erhitzt werden
muß. Das Gewicht der Probe wurde dabei im Bereich von 57
- 284 g (2 - 10 Unzen) variiert.
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Bei der zur Erläuterung der vorliegenden
Erfindung vorgenommenen Versuchsreihe wurden ein
Mikrowellenofen und ein nachgeschalteter Umluftofen als Simulation
eines warmen Raums verwendet. Die vom Mikrowellenofen
abgegebene Leistung betrug 350 Watt. Wie bei den
Vergleichsversuchen wurde das Gewicht der Proben, also der
Mischung aus Sojamilch und Koagulationsmittel, im Bereich
von 57 - 284 g (2 - 10 Unzen) variiert.
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Der Zeitraum, für den jede Probe der
Mikrowellenenergie ausgesetzt wurde, wurde so berechnet, daß die
Temperatur des Inneren der Sojamilch auf etwa 75º - 85ºC
anstieg. Eine Variation der örtlichen Temperaturen in der
Flüssigkeit hatte keine negativen Auswirkungen auf das
Endergebnis der Sojaquarkbildung.
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Eine durchschnittliche Bestrahlungszeit von 80
Sekunden pro 99 g (3,5 Unzen) Sojamilch lieferte gute
Ergebnisse, wobei ein Betriebsbereich von etwa 60 - 100
Sekunden ein Produkt guter Qualität ergab. Beim Austreten
einer Probe aus dem Mikrowellenofen war zu beobachten,
daß die Sojamilch sich beträchtlich verdickt hatte und zu
einer schweren Masse geworden war. Danach wurde die Probe
in den Umluftofen eingebracht. Dabei war die Temperatur
im Umluftofen auf 85ºC eingestellt. Im Umluftofen wurde
die Koagulation der Sojamilch vollendet und Sojaquark
gebildet, wonach die Probe gekühlt gelagert werden
konnte. Es wurde festgestellt, daß eine Heizperiode von
etwa 20 - 35 Minuten im Umluftofen Sojaquark guter
Qualität lieferte und daß der optimale Zeitraum 28 - 30
Minuten betrug. Ferner wurde herausgefunden, daß eine
Variierung der Probengröße keine Änderungen der
Temperatur im Umluftofen oder der Verweilzeit im Umluftofen
erforderlich machte.
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In einer anderen Versuchsreihe wurden zwei Proben
verwendet. Eine Probe wurde nach der obigen
Verfahrensweise behandelt, wohingegen bei der anderen Probe nach
dem Mikrowellenerhitzen bei der Koagulation die folgende
Verfahrensabänderung vorgenommen wurde. Die Probe wurde
zunächst 15 Minuten lang in einem Umluftofen bei 85ºC und
danach 15 Minuten lang in einem Umluftofen bei 60ºC
gelagert. Beide Proben lieferten Sojaquark guter
Qualität.