WO2013079208A1

WO2013079208A1 - Verfahren zur herstellung eines protein-hydrolysates

Info

Publication number: WO2013079208A1
Application number: PCT/EP2012/004940
Authority: WO
Inventors: Gerd DHAMS; Andreas Jung
Original assignee: OTC GmbH
Current assignee: OTC GmbH
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2013-06-06
Anticipated expiration: 2014-05-30
Also published as: CN103957724B; CN103957724A; DE102011055889A1; JP2014533705A; JP6164697B2; BR112014012814A8; WO2013079208A8; BR112014012814A2; US20140323702A1; EP2785197A1; DE102011055889B4; IN2014DN03060A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Protein-Hydrolysates. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Keratin-Hydrolysates. Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Protein-Hydrolysates vorgeschlagen, aufweisend die Verfahrensschritte: Bereitstellen einer Proteinquelle in Form einer wässrigen Suspension; Zugeben eines Komplexbildners zu der bereitgestellten Proteinquellen-Suspension; Zugeben einer Base zu der bereitgestellten Proteinquellen-Suspension; Erwärmen der erhaltenen Mischung auf eine Temperatur ≥ 60°C; Einstellen des pH- Wertes der Mischung auf einen Wert zwischen ≥ pH 2 und ≤ pH 8 und; Filtrieren der Mischung.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Protein-Hydrolysates

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Protein-Hydrolysates. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Keratin- Hydrolysates. Proteinhydrolysate werden aufgrund ihrer vielfaltigen Einsatzmöglichkeiten und ihrer im Allgemeinen guten Verfügbarkeit heutzutage in unterschiedlichsten Industriebereichen als Rohstoff eingesetzt. Ein beispielhaft zu nennendes Anwendungsgebiet ist dabei die Herstellung von Kosmetikartikeln oder Körperpflegemitteln. Als Rohstoffquelle für die Herstellung von Proteinhydrolysate werden pflanzliche oder tierische Substrate genutzt. Dabei können auch Reststoffe genutzt werden, wie sie bei der Verarbeitung entsprechender Pflanzen oder Tiere in anderen Bereichen, wie beispielsweise der Nahrungsmittelindustrie anfallen.

Ein zur Herstellung von Hydrolysaten bisher nur in sehr geringen Umfang genutztes Protein ist dabei Keratin, obwohl entsprechende Keratinquellen in großer Menge vorhanden sind. So fallen beispielsweise im Bereich der Geflügelzucht große Mengen Federn an, welche einen sehr hohen Keratingehalt aufweisen. Während jedoch die Hydrolyse von Proteinen pflanzlichen Ursprungs oder kollagenhaltiger Proteine tierischen Ursprungs in der Regel kein

Problem darstellt, ist die Verarbeitung von keratinhaltigen Proteinquellen zu entsprechenden Hydrolysaten deutlich schwerer. Begründet ist diese Schwierigkeit gegenüber anderen

Proteinen insbesondere durch die Struktur des Keratins, welche im Vergleich zu anderen OD 41461 / UAM

BESTÄTIGUNGSKOPIE Proteinen eine hohe Anzahl an Disulfidbrücken aufweist. Durch diese Disulfidbrücken erhält das Keratin seine hohe Festigkeit. Gleichzeitig erschweren diese jedoch die Zersetzung des Keratins bei der Hydrolyse. Um das in beispielsweise Federn, Wolle, oder Horn enthaltende Keratin für eine Weiterverarbeitung bereitzustellen, muss das Proteingerüst zerstört werden. Aus dem Stand der Technik ist hierzu beispielseise die hydrolytische Spaltung in wässriger Lösung bekannt. Hierbei wird ein keratinhaltiger Rohstoff wie beispielsweise Wolle einer erhöhten Temperatur (beispielsweise etwa 150 °Celsius) und einem erhöhten Druck (beispielsweise etwa 350 kPa) für eine Zeit von 30 bis 70 Minuten ausgesetzt. Unter diesen Bedingungen wird das Keratin zwar denaturiert und kann anschließend leichter gespalten werden, allerdings führen diese Reaktionsbedingungen zu einer irreversiblen Zerstörung von Teilen der Aminosäuren. Dies beeinflusst jedoch Qualität des Hydro lysates nachhaltig. Weiterhin ist es aus dem Stand der Technik bekannt, keratinhaltige Rohstoffe in stark saurer oder stark alkalischer Lösung auf Temperaturen von ca. 100°C zu erhitzen. Zwar sind derartige Behandlung geeignet, um das im Rohstoff enthaltene Keratin aufbrechen, jedoch werden auch hierbei Aminosäuren irreversibel zerstört. Um diesen Nachteilen zu begegnen wurde versucht, keratinhaltiges Material einer enzymatischen Spaltung zu unterziehen. So beschreibt beispielsweise die EP-A 0 499 261 ein Verfahren zur Hydrolyse von Keratin bei dem ein keratinhaltiges Material zunächst mit einer wässrigen, Sulfitionen enthaltenden Lösung behandelt und anschließend unter Zuhilfenahme eines proteolytischen Enzyms in Keratinhydrolysat überführt wird. Die Vorbehandlung mit der Sulfitionen enthaltenden Lösung erfolgt bei einem pH- Wert von 6 bis 9, bei einer Temperatur von 60 bis 100 °C während einer Zeitspanne von 10 min bis 4 Stunden. Die anschließende Proteolyse erfolgt durch mehrstufigen Eintrag des vorbehandelten, keratinhaltigen Materials in die enzymhaltige Hydrolysemischung. Nachteilig wirkt sich beim beschriebenen Verfahren die Tatsache aus, dass keine kontinuierliche Behandlung von keratinhaltigem Material möglich ist. Darüber hinaus sind die benötigten Reaktionszeiten bei der enzymatischen Umsetzung sehr lang und es ist eine abschließende thermische Deaktivierung der eingesetzten Enzyme notwendig, zu welcher die Lösungen auf Temperaturen von ca. 90°C erhitzt werden müssen.

WO 02/36801 AI beschreibt ein Proteinhydrolysat, welches durch kontinuierliche enzymatische Hydrolyse eines proteinhaltigen Substrates erhalten wird, wobei die beschriebene Hydrolyse in einem Extruder durchgeführt wird.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Hydrolyse keratinhaltiger Substrate bzw. Rohstoffe weisen eine Reihe von Nachteilen auf, die bisher eine Verwertung keratinhaltiger Rohstoffe in größerem Umfang erschweren oder sogar verhindert haben. Die bekannten Verfahren führen entweder zu Produkten, deren Einsatz in sensiblen Bereichen wie Kosmetik oder der Körperpflege aufgrund toxischer oder potenziell toxischer Bestandteile nicht möglich ist oder sind aufgrund ihrer langen Verfahrensdauer oder der mangelnden Homogenität des erhaltenen Hydrolysates nicht wirtschaftlich.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Protein-Hydrolysates, insbesondere auf Basis von keratinhaltigen Proteinquellen, anzugeben, welches eine Bereitstellung von Protein-Hydrolysate mit einer insbesondere verbesserten Grenzflächenaktivität erlaubt.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens finden sich in den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung. Es wird somit ein Verfahren zur Herstellung eines Protein-Hydrolysates vorgeschlagen, aufweisend die Verfahrensschritte:

- Bereitstellen einer Proteinquelle in Form einer wässrigen Suspension;

- Zugeben eines Komplexbildners zu der bereitgestellten Proteinquellen-Suspension;

- Zugeben einer Base zu der bereitgestellten Proteinquellen-Suspension;

- Erwärmen der erhaltenen Mischung auf eine Temperatur > 60°C;

- Einstellen des pH- Wertes der Mischung auf einen Wert zwischen > pH 2 und < pH 8;

- Filtrieren der Mischung. Überraschender Weise hat sich gezeigt, dass die so hergestellten Protein-Hydrolysate eine deutlich verbesserte Grenzflächenaktivität sowie ein negatives Redox-Potential zeigen. Unter verbesserter Grenzflächenaktivität ist dabei insbesondere zu verstehen, dass die erfindungsgemäß hergestellten Protein-Hydrolysate die Grenzflächenspannung in einen Bereich erniedrigen, wie sie bisher nur von gängigen O/W-Emulgatoren bekannt ist. Die erfindungsgemäß hergestellten Protein-Hydrolysate bieten sich somit als Emulgatoren/Dispergatoren für entsprechende industrielle Anwendungen an.

Überraschender Weise hat sich gezeigt, dass durch die Zugabe eines Komplexbildners zu der Reaktionsmischung eine Rekombination der durch die Hydrolyse gespaltenen Disulfidbrücken vermieden oder zumindest deutlich reduziert werden kann. Ohne an diese Theorie gebunden zu, sein wird davon ausgegangen, dass durch Zugabe eines geeigneten Komplexbildners die für die katalytische Rekombination der Disulfidbrücken notwendigen Metallionen wie Mn²⁺, Fe²⁺, oder Cu²⁺ für eine notwendige Katalyse in der Reaktionslösung nicht mehr zur Verfügung stehen. Hierdurch wird die Bildung von stark riechenden Nebenprodukten der Hydrolyse deutlich reduziert oder sogar vermieden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Komplexbildner ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), Nitriloessigsäure (NTA), Ethylenglycol-bis(aminoethylether)-N,N'-tetraessigsäure (EGTA), Ethylendiamindibernsteinsäure (EDDS), Zitronensäure, 2,3-Dihydroxybutandisäure, Pirocton-Olamin, Phytochelatine, natürliche oder künstliche Polypeptide und Aminosäuren, Kronenether, deren Derivate oder Mischungen dieser. Diese Komplexbildner haben sich als besonders geeignet erwiesen, um die für die katalytische Rekombination der gespaltenen Disulfidbrücken notwendigen Metallionen unter den Hydrolysebedingungen zu komplexieren und so die Bildung stark riechender Nebenprodukte zu verringern bzw. zu vermeiden.

Unter einem "Protein-Hydrolysat" in Sinne der Erfindung wird ein Gemisch verstanden, das zu mindestens etwa 15 Gew.-% aus Polypeptiden oder Oligopeptiden besteht, die durch chemische Spaltung des zu hydrolysierenden Proteins entstanden sind. Die Polypeptide oder Oligopeptide weisen dabei überwiegend ein Molekulargewicht auf, das geringer ist als das Molekulargewicht des Proteins vor der Hydrolyse. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Protein-Hydrolysate können grundsätzlich aus allen geeigneten Proteinquellen hergestellt werden. Vorzugsweise werden im erfindungsgemäßen Verfahren jedoch Proteinquellen eingesetzt, die als Protein mindestens Keratin enthalten. Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens enthalten die gewonnenen Protein-Hydrolysate daher Hydrolyseprodukte, wie sie durch den Abbau von Keratin erhältlich sind. Dem steht jedoch nicht entgegen, dass zur Herstellung der erfindungsgemäßen Protein-Hydrolysate beispielsweise Proteinquellen eingesetzt werden, die mehr als einen Proteintyp enthalten. Geeignet sind beispielsweise Proteinquellen, die neben Keratin noch Kollagen oder Gluten oder beides enthalten. In einer bevorzugten Ausgestaltung dienen als Proteinquelle zum Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren proteinhaltigen Naturprodukten, insbesondere solche, die aus keratinhaltigen Naturprodukten gewonnen wurden. Als proteinhaltige Naturprodukte eignen sich beispielsweise pflanzliche Proteine enthaltende Naturstoffe wie Mais, Weizen, Gerste, Soja oder tierische Eiweißprodukte enthaltende Stoffe wie Schlachtabfälle, Wolle, Federn, Haare, Hufe, Hörner, Borsten und dergleichen, wie sie bei der Verarbeitung von Tierkörpern anfallen. Darüber hinaus sind maritime Proteinquellen wie beispielsweise Fischabfälle, Abfälle von Schalentieren und Algen als Rohstoffe im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbar. Besonders geeignet sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung Vogelfedern, insbesondere Hühnerfedern.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Proteinquelle ein keratinhaltiges Substrat, wie beispielsweise Horn, Hufe, Wolle oder Federn, eingesetzt, welches zerkleinert vorliegt. Geeignete Zerkleinerungsmethoden sind beispielsweise Schneiden, Shreddern oder Vermählen. Insbesondere bei der Verwendung von Federn als keratinhaltige Proteinquelle werden diese bevorzugt in Form eines Federmehls bereitgestellt. Geeignete Zerkleinerungsstufen für die keratinhaltige Proteinquelle sind beispielsweise Größen von etwa 2 cm in der längsten Ausdehnung bis hin zu einigen μιη. Wenn Federn als keratinhaltige Proteinquelle eingesetzt werden, so können diese beispielsweise derart vorzerkleinert sein, dass die Federkiele gebrochen sind und die Federn eine Größe von etwa 1 cm aufweisen. Bevorzugt wird eine keratinhaltige Proteinquelle jedoch in Form eines Mehls mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 10 μπι bis 1 mm bereitgestellt. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Proteinsuspension mit einem Feststoffanteil zwischen > 15 Gew.-% und < 70 Gew.-%, vorzugsweise zwischen > 20 Gew.-% und < 60 Gew.-%, noch bevorzugter zwischen > 25 Gew.-% und < 40 Gew.-% bereitgestellt. Es hat sich gezeigt, dass eine Suspension mit einem solchen Feststoffanteil eine gute Prozessierbarkeit bei hoher Ausbeute an Hydrolysat erlaubt.

Dabei kann es in einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen sein, dass die bereitgestellte Suspension einen Dispergator aufweist. Geeignete Dispergatoren sind beispielsweise Tenside, wie anionische Tenside, kationische Tenside oder nicht-ionische Tenside. Beispiele für geeignete anionische Tenside sind Alkoholsulfate, Alkoholethersulfate und Proteintenside und/oder Tenside auf Basis von Aminosäuren. Beispiele für kationische Tenside sind Cetyltrimethylammoniumbromid (CTAB), Cetyltrimethylammoniumchlorid (CTAC). Beispiele für nicht-ionische Tenside sind Alkoxylate oder Alkylpolyglukoside. Hierbei hat sich herausgestellt, dass das Hydrolyseergebnis mit Bezug auf die Molgewichtsverteilung des erhaltenen Hydrolysates unabhängig von der Art des verwendeten Tensids ist. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird als Tensid ein aus einer keratinhaltigen Proteinquelle gewonnenes Protein-Hydrolysat eingesetzt. Hierdurch wird die Menge an Fremdstoffen innerhalb der Reaktionsmischung verringert. Dispergatoren dienen dabei beispielsweise zur Vergrößerung der reaktiven Oberfläche sowie zur Verbesserung der Benetzbarkeit der eingesetzten Proteinquellen.

Das Tensid kann in einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens in der bereitgestellten Proteinquellensuspension in einer Konzentration zwischen 0,1 Gew.-% und 50,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 Gew.-% bis 20,0 Gew.-% enthalten sein.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Base zugegeben, welche ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkalihydroxid, Erdalkalihydroxid, Calciumoxid, organische Basen oder Mischungen dieser. Insbesondere kann es dabei vorgesehen sein, dass die Base ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus NaOH, KOH, Ca(OH)₂ und CaO. Es hat sich überraschender Weise gezeigt, dass eine hinreichende Hydrolysierung der Proteinquellen auch unter Verwendung dieser preisgünstigen und umwelttechnisch unbedenklichen Basen möglich ist. In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann es dabei vorgesehen sein, dass die Base in einem Verhältnis zwischen 1 :3 und 1 :7 bezogen auf den Feststoffanteil in der Proteinsuspension zugegeben wird. Hierbei ist das Verhältnis so zu verstehen, dass auf einen Teil Base 3 bis 7 Teile Feststoffanteil in der Proteinsuspension gegeben werden. Der sich einstellende pH- Wert liegt dabei in einem Bereich > pH 10, vorzugsweise zwischen > pH 1 1 und < pH 14.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann der zugegebene Komplexbildner, beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), Nitriloessigsäure (NTA), Ethylenglycol-bis(aminoethylether)-N,N'-tetraessigsäure (EGTA), Ethylendiamindibernsteinsäure (EDDS), Zitronensäure, 2,3-Dihydroxybutandisäure, Phytochelatine, natürliche oder künstliche Polypeptide und Aminosäuren, Kronenether, deren Derivate oder Mischungen dieser, in der Reaktionslösung in einer Konzentration zwischen 1 * 10^"6 Gew.-% und 10 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 1*10^"6 Gew.-% und 5 Gew.-% enthalten sein. Eine solche Konzentration hat sich als hinreichend erwiesen, um die Bildung stark riechender Nebenprodukte im Wesentlichen zu unterbinden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass der bereitgestellten Proteinquellen-Suspension ein Reduktionsmittel zugegeben wird. Der Zusatz eines Reduktionsmittels erleichtert die Spaltung der in den keratinhaltigen Proteinen enthaltenen Disulfidbrücken. Hierbei können erfindungsgemäß anorganische und/oder organische Reduktionsmittel eingesetzt werden. Geeignete anorganische Reduktionsmittel sind dabei beispielsweise Alkalidithionit, Alkalihydrogensulfit, Erdalkalihydrogensulfit, oder Mischungen dieser. Hierbei hat sich insbesondere Natriumdithionit als ein zu bevorzugendes Reduktionsmittels gezeigt, da dieses günstig und als lebensmitteltechnisch zugelassene Substanz umwelttechnisch im Wesentlichen unbedenklich ist. Beispiele organischer Reduktionsmittel sind Hydrazin, Cystin (Dimer des Cystein), Glutathiondisulfid (GSSG), sowie Derivate oder Mischungen dieser.

Das Reduktionsmittel kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer Konzentration zwischen 1:20 und 1:300 bezogen auf den Feststoffanteil in der Proteinsuspension zugegeben werden. Dabei ist das Verhältnis so zu verstehen, dass auf einen Anteil Reduktionsmittel 20 Anteile Feststoff in der Proteinsuspension kommen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass die erhaltene Mischung aus Proteinsuspension, Base, Komplexbildner und gegebenenfalls Reduktionsmittel unter erhöhtem Druck, vorzugsweise zwischen > HOOmbar und < 4000mbar, bevorzugter zwischen 1500mbar und 3000mbar erhitzt wird. Insbesondere kann es dabei vorgesehen sein, dass die erhaltene Mischung auf eine Temperatur zwischen 100°C und 150°C, vorzugsweise zwischen 110°C und 140°C erhitzt wird. Es hat sich gezeigt, dass eine Erhöhung des Druckes und/oder eine Erhöhung der Temperatur zu einer deutlichen Verkürzung der benötigten Reaktionszeit führen. Während bei einer eingestellten Temperatur von > 60°C bis < 100°C unter Normaldruck eine Reaktionsdauer von ca. 4 Stunden ausreichend ist, um eine ökonomisch sinnvolles Hydrolyseergebnis zu erzielen, kann die Reaktionszeit bei einer Erhöhung des Druckes und/oder der Temperatur auf 1,0 bis 2,0 Stunden, vorzugsweise 1,5 Stunden verkürzt werden. Hierdurch ergeben sich aufgrund der eingesparten Energie deutliche ökonomische sowie ökologische Vorteile der Verfahrensführung.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass zur Einstellung des pH- Wertes auf einen Wert zwischen > pH 2 und < pH 8 eine Säure zugegeben wird. Vorzugsweise ist die zugegebene Säure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Halogensäuren, insbesondere Salzsäure oder Bromwasserstoffsäure, Schwefelsäuren, Phosphorsäuren, Carbonsäuren, Hydroxycarbonsäuren oder Mischungen dieser. Unter dem Begriff Schwefelsäuren und Phosphorsäuren sind dabei entsprechende Oxidationsstufenvarianten der Schwefel- bzw. Phosphorbasierten Säuren zu verstehen; Halogensäuren umfassen in diesem Zusammenhang auch Oxidationsstufenvarianten der Halogen-basierten Säuren. Durch die Auswahl der Säure aus der zuvor genannten Gruppe wird vorteilhaft erreicht, dass die bei der Hydrolysereaktion insgesamt entstehenden Reststoff umwelttechnisch unbedenklich sind, so dass neben dem gewünschten Hydrolysat ausschließlich biologisch unbedenkliche und abbaubare Nebenprodukte und Reststoffe entstehen. In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird der Mischung vor dem Filtrierschritt ein Filtrierhilfsmittel zugegeben. Hierbei ist die zeitliche Angabe„vor dem Filtrierschritt" so zu verstehen, dass das Filtriermittel sowohl unmittelbar vor dem Filtrierschritt, im Verlauf der Hydrolysereaktion oder auch bereits zu Beginn der Reaktionsmischung zugegeben werden kann. Geeignete Filtrierhilfsmittel sind dabei beispielsweise solche auf Basis von Kieselgur bzw. Diatomeenerde, Siliziumdioxid, oder Alumosilikaten wie Zeolithe, sowie Aktivkohle. Dabei kann Aktivkohle auch bereits zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens der Reaktionslösung zugesetzt werden. Der Filtrationsschritt kann unter Anwendung bekannter Filtertechnologien wie beispielsweise der Filtrierung über sogenannte Filtersäcke mit unterschiedlichen Porenöffnungen (von Ιμηι bis zu 200μπι) aber auch der Saug- oder Druckfiltration über Filterplatten bzw. Filtermembranen, ebenfalls mit unterschiedlichen Porengrößen, erfolgen. Desweiteren können Zentrifugen eingesetzt werden, die die festen Bestandteile des Reaktionsgemisches über ein Filtertuch von der flüssigen Phase abtrennen können. Hierbei kann nicht nur die Drehzahl der Zentrifuge sondern auch die Porosität des Filtertuches für eine effektive Trennung variiert werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, das erhaltene Hydrolysat bzw. die erhaltene Hydrolysat-Lösung in einem dem Filtrationsschritt angeschlossenen Verfahrensschritt zu verfestigen. Eine solche Verfestigung kann beispielsweise mittels Gefriertrocknung und/oder Sprühtrocknung erfolgen. Das so erhaltene feste Hydrolysat lässt sich in vorteilhafter Weise transportieren und ist aufgrund seiner Wasserlöslichkeit ohne weiteres in einer Vielzahl von industriellen Prozessen einsetzbar. Es hat sich gezeigt, dass ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahren hergestelles Keratinhydrolysat eine Molgewichtsverteilung zwischen 200 g/mol und 100.000 g/mol, bevorzugt zwischen 4000 g/mol und 5500 g/mol aufweisen, was im Wesentlichen der Molgewichtsverteilung von aus dem Stand der Technik bekannten Keratinhydrolysaten entspricht, die z.B. mittels enzymatischer Reaktionen erhalten wurden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand von Beispielen weiter erläutert.

In einem beheizbaren Edelstahlkessel wurden die in der nachfolgenden Tabelle aufgeführten Mischungen erstellt und unter den angegebenen Bedingungen hydrolysiert. Hierzu wurde Wasser in den jeweils angegebenen Mengen im Kessel vorgelegt und der Kessel anschließend durch wiederholtes Vakuumziehen und Fluten mit Stickstoffgas inertisiert. Anschließend wurde EDTA als Komplexbildner in der angegebenen Menge zugesetzt und gelöst. Zu der so erhaltenen Mischung wurde Natriumdithionit als Reduktionsmittel in der angegebenen Menge zugesetzt. Auf diese Lösung wurden die jeweils angegebenen Mengen Federmehl und Base (hier Natronlauge) gegeben. Anschließend wurde der Kessel geschlossen und auf die angegebene Temperatur für die ebenfalls in der Tabelle angegebene Zeit erhitzt. Nach Beendigung der Reaktionszeit wurde der Kessel auf 70° C abgekühlt und mit Stickstoff geflutet. Auf die entsprechend abgekühlte Reaktionslösung wurde Celite 545 als Filtrierhilfsmittel gegeben (je ca. 34kg auf 500kg Reaktionsmischung). Anschließend wurde die Reaktionslösung auf ca. 47°C abgekühlt und mit der angegeben Säure auf einen pH zwischen pH 4,6 und 5,9 eingestellt, bevor die Lösung filtriert wurde. Das im Filtrat enthaltene Hydrolysat zeigte nach entsprechender Trocknung die ausgeführten Eigenschaften hinsichtlich Aschegehalt und mittlerem Molgewicht.

Tabelle 1 : Hydrolyseversuche

Versuch Nr. 1 2 3 4 5 6 7

[Gew.-%] [Gew.-%] [Gew.-%] [Gew.-%] [Gew.-%] [Gew.-%] [Gew.-%] Phase A

Federmehl 17,8250 23,0830 23,0681 27,0252 26,6184 0,0000 23,5082

Phase B

Wasser 71,3000 69,2489 69,2042 67,5630 67,4333 80,2568 68,5656

Plantacare 2000 UP (Decyl Glucoside) 4,4562 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

Lamepon S (Potassium Cocoyl 0,0000 0,4617 0,4844 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 Hydrolyzed Collagen)

NaOH (50%) 6,2387 6,9249 6,9204 5,0672 5,8560 0,0000 7,8361

KOH (50%) 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 3,4778 0,0000

Phase C

EDTA Pulver 0,0018 0,0046 0,0461 0,0068 0,0035 0,2140 0,0118

Na-Hydrosulfit 0,1782 0,2770 0,2768 0,3378 0,0887 0,0000 0,0784

Summe : 100,0000 100,0000 100,0000 100,0000 100,0000 100,0000 100,0000

-

Milchsaure 80% X X X X X

Phosphorige Säure (H₃P0₃ , 30%) X

Salzsäure (37%) X

Start pH 12,5 13,1 12,8 12,3 11,9 13,5 12,5

End pH nach Einstellung 5,9 4,8 4,6 5,1 4,8 5,1 4,7

Temperatur [°C] 85 90 125 90 95 98 130

Reaktionszeit [h] 4 2,5 1 4 4 4 1,5

Abdampfrückstand [%] 13,2 12,8 19,7 18,7 18,9 22,2 25,5

Gehalt Stickstoff [%] 1,46 1,5 1,97 1,65 1,84 2,61 2,28

Molgewicht [Da] 4800 5100 5000 5100 4900 5000 5100

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren herstellbaren Keratin-Hydrolysate weisen eine kritische Mizellen-Konzentration (CMC) in einem Bereich von 0,05mM bis 0,5mM auf. Damit liegt die CMC des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Keratin- Hydrolysates deutlich niedriger als die CMC von aus dem Stand der Technik bekannten Keratin-Hydrolysaten. Eine solch niedrige CMC trägt zu einer verbesserten Effektivität der erfindungsgemäß hergestellten Hydrolysate als Detergenz oder Tensid in Waschprozessen bei. Fig. 1 zeigt die Oberflächenspannung einer wässrigen Lösung als Funktion der Konzentration eines erfindungsgemäß hergestellten Keratin-Hydrolysates 100 sowie eines Vergleichsproduktes 100 (Kera-Tein, Tri-K Industr.) bei einer Messtemperatur von 25°C. Die kritische Mizellen-Konzentration ergibt sich aus dem Ordinatenwert des Wendepunktes des jeweiligen Konzentrationsverlaufs. Wie sich erkennen lässt, zeigt das erfindungsgemäß hergestellte Keratin-Hydrolysat einen CMC- Wert, welcher verglichen mit Vergleichsprodukt um ca. zwei Zehnerpotenzen niedriger liegt. Unter Berücksichtigung eines mittleren Molekulargewichtes im erfindungsgemäßen Bereich ergibt sich somit eine CMC in einem Bereich von ca. 0,05mM bis 0,5mM. Fig. 2 zeigt beispielhaft ein IR-Spektrum eines erfindungsgemäß hergestellten Keratin- Hydrolysates 100 als Trockensubstanz. Als charakteristische Banden wurden hierbei insbesondere die Schwingungen bei 1035cm^"1 und 1120cm^"1 identifiziert. Dabei ist die Absorbtion bei 1120cm^"1 vermutlich einer NH₂-Deformationsschwingung (rock) eines aliphatischen primären Amids zuzuordnen, wohingegen die Absorbtion bei 1035cm^"1 vermutlich einer CO-Streckschwingung eines aliphatischen primären Alkohols zuzuordnen ist. Fig. 3 zeigt das IR-Spektrum eines Vergleichsproduktes 200 (Kera-Tein, Tri-K Industr.), in welchem diese charakteristischen Absorbtionsbanden fehlen.

Fig. 4 zeigt das IR-Spektrum einer 25-Gew-% Lösung eines erfindungsgemäß hergestellten Keratin-Hydrolysates 100 in Wasser. Im Rahmen der Fehlerbreite und des zu erwartenden Lösungs-Shifts finden sich die charakteristischen Banden auch hier bei 1 124cm^"1 und 1040cm^"1 wieder. Darüber hinaus erkennt man eine deutliche Aufspaltung der Bande im Amid-I-Bereich, welcher Rückschlüsse auf die Sekundärstruktur zulassen könnte. Die charakteristischen Banden in diesem Bereich werden einer Streckschwingung einer Carbonyl- Gruppe zugeordnet, wobei eine Aufspaltung dieser Bande einen Hinweis darauf geben könnte, dass die angeregte Carbonyl-Gruppe Wasserstoffbrücken zu zwei unterschiedlichen Bindungspartner ausbildet. Dem gegenüber zeigt der Amid-I-Bereich im Fig. 5, in welcher das IR-Spektrum des Vergleichsproduktes 200 (Kera-Tein) in konzentrationsgleicher Lösung gezeigt wird, keine Aufspaltung. Dies lässt die Vermutung zu, dass das erfindungsgemäß hergestellte Keratin-Hydrolysat eine gegenüber dem Vergleichsprodukt abweichende Sekundär struktur aufweist. Fig. 6 zeigt in einer Gegenüberstellung die Ή-ΝΜΙ Spektren eines erfindungsgemäß hergestellten Keratin-Hydrolysat 100 und des Vergleichsproduktes 200 (Kera-Tein). Beide Spektren weisen deutliche Unterschiede auf. Insbesondere zeigt das Vergleichsprodukt eine deutlich höhere Signalanzahl gegenüber dem erfindungsgemäß hergestellten Hydrolysat, was vermuten lässt, dass das erfindungsgemäß hergestellte Keratin-Hydrolysat als deutlich einheitlicheres und definierteres Produkt vorliegt.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Protein-Hydrolysates, aufweisend die

Verfahrensschritte:

- Bereitstellen einer Proteinquelle in Form einer wässrigen Suspension;

- Zugeben einer Base zu der bereitgestellten Proteinquellen-Suspension;

- Erwärmen der erhaltenen Mischung auf eine Temperatur > 60°C;

- Filtrieren der Mischung.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei eine Proteinquellen- Suspension mit einem

Feststoffanteil zwischen > 15 Gew.-% und < 70 Gew.-%, vorzugsweise zwischen > 20 Gew.-% und < 60 Gew.-%, noch bevorzugter zwischen > 25 Gew.-% und < 40 Gew.- % bereitgestellt wird.

3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Protein- Suspension bereitgestellt wird, welche einen Dispergator, vorzugsweise ein Tensid aufweist.

4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Base ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkalihydroxid, Erdalkalihydroxid, Calciumoxid oder Mischungen dieser zugegeben wird.

5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Base in einem Verhältnis zwischen 1 :3 und 1 :7 bezogen auf den Feststoffanteil in der

Proteinsuspension zugegeben wird.

6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Komplexbildner ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), Nitriloessigsäure (NTA), Ethylenglycol-bis(aminoethylether)-N,N'-tetraessigsäure (EGTA), Ethylendiamindibernsteinsäure (EDDS), Zitronensäure, 2,3- Dihydroxybutandisäure, Pirocton-Olamin, Phytochelatine, natürliche oder künstliche Polypeptide und Aminosäuren, Kronenether, deren Derivate oder Mischungen dieser.

7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der bereitgestellten Proteinquellen-Suspension ein Reduktionsmittel zugegeben wird.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei als Reduktionsmittel eine Verbindung

ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkalidithionit, Alkalihydrogensulfit, Erdalkalihydrogensulfit, Hydrazin, Cystin (Dimer des Cystein), Glutathiondisulfid (GSSG) oder Mischungen dieser zugegeben wird.

9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei das Reduktionsmittel in einem Verhältnis zwischen 1 :20 und 1 :300 bezogen auf den Feststoffanteil in der

Proteinsuspension zugegeben wird.

10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erhaltene

Mischung unter erhöhtem Druck, vorzugsweise zwischen > 1 lOOmbar und <

4000mbar, bevorzugter zwischen 1500mbar und 3000mbar erhitzt wird.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei die Mischung auf eine Temperatur zwischen 100°C und 150°C, vorzugsweise zwischen 110°C und 140°C erhitzt wird.

12. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Mischung zur Einstellung des pH- Wertes auf einen Wert zwischen > pH 2 und < pH 8 eine Säure zugegeben wird.

13. Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die Säure ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, phosphorige Säure, Carbonsäuren, Hydroxycarbonsäuren oder Mischungen dieser.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Mischung vor dem Filtrieren ein Filtrierhilfsmittel zugegeben wird.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erhaltene Filtrat einer Sprühtrocknung oder Gefriertrocknung unterworfen wird.