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DE3008900A1 - Verfahren zur herstellung eines gereinigten proteinhydrolysats - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines gereinigten proteinhydrolysats

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DE3008900A1
DE3008900A1 DE19803008900 DE3008900A DE3008900A1 DE 3008900 A1 DE3008900 A1 DE 3008900A1 DE 19803008900 DE19803008900 DE 19803008900 DE 3008900 A DE3008900 A DE 3008900A DE 3008900 A1 DE3008900 A1 DE 3008900A1
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DE
Germany
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ultrafiltration
proteins
hydrolysis
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Mats Olofsson
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Nestle SA
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    • A23J3/00—Working-up of proteins for foodstuffs
    • A23J3/30—Working-up of proteins for foodstuffs by hydrolysis

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Peptides Or Proteins (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Description

RICHARD KMEiSSL
Widenmayerstr. 46 München, 7.3.1980
D-8000 MÜNCHEN 22
TeL0S9/295125.
SOCIETE DES PRODUITS NESTLE S.A. V e ν e y / Schweiz
Verfahren zur Herstellung eines gereinigten Proteinhydrolysats
030038/0836
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines gereinigten Proteinhydrolysate, d.h. also eines Proteinhydrolysats, das keine Proteine und Makropeptide enthält.
Eine der Schwierigkeiten, die bei der industriellen Herstellung von Proteinhydrolysäten auftreten, besteht - mindestens bei gewissen Anwendungen - in der Entfernung der Proteine und Makropeptide, die zurückbleiben, weil entweder gewisse Proteine der Hydrolyse nicht oder nicht ausreichend zugänglich sind oder weil die erhaltenen Bruchstücke sich erneut in Agglomerate kombiniert haben. Insbesondere in der Diätetik und ganz besonders in der Kinderdiätetik ist es oftmals sehr wichtig sicherzustellen, daß die fraglichen Hydrolysate keine Proteine und Makropeptide mehr enthalten, da Stoffe dieser Art mit höherem Molekulargewicht leicht Allergien hervorrufen. Die bisher bekannten Verfahren, die hauptsächlich auf der Ausflockung und Abzentrifugierung beruhen, ermöglichen es nicht, dieses Ziel zu erreichen. Bei ihnen bleiben nicht vernachlässigbare Mengen an Proteinen und Makropeptiden (entweder restliche oder durch erneute Kombination gebildete) zurück.
Durch die vorliegende Erfindung wird es nunmehr ermöglicht, gereinigte Proteinhydrolysate herzustellen, d.h. also solche Proteinhydrolysate, die keine zurückgebliebenen oder durch erneute Kombination gebildeten Proteine oder Makropeptide enthalten, welche in der Folge der Einfachheit halber einfach als "Proteine" bezeichnet werden sollen. Das erfindungsgemäße Verfahren wird dadurch ausgeführt, daß man eine wäßrige Proteinlösung einer Hydrolyse unterwirft, das Hydrolyseprodukt einer thermischen Behandlung unterzieht, bei welcher eine Denaturierung der darin enthaltenen Proteine stattfindet, und schließlich die Proteine durch Ultrafiltration entfernt. Das Permeat der Ultrafiltration stellt das gereinigte Proteinhydrolysat dar.
Mit dem Ausdruck "wäßrige Lösung" sind sowohl echte Lösungen als · auch kolloidale Lösungen gemeint. Der Ausdruck "Denaturierung"
030038/0836
-q-
soll nicht in dem Sinn verstanden werden, daß damit eine vollständige Denaturierung gemeint ist. Gegebenenfalls kann auch eine qualitative oder quantitative teilweise Denaturierung ausreichen.
Die Ausgangsproteine können tierische Proteine sein, d.h. Proteine von Fleisch, Fisch, usw. oder Milchproteine, Kasein, Lactalbumin, usw. sein. Es kann sich auch um pflanzliche Proteine aus Körnern oder Blättern handeln, wie z.B. um Sojaproteine oder um Proteine aus den Blättern von Luzernen. Schließlich kommen auch Proteine mikrobiellen Ursprungs in Frage, wie z.B. Hefeproteine.
In der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Proteine einer chemischen - im allgemeinen sauren - oder enzymatischen Hydrolyse unterworfen, wobei im letzteren Fall Enzymgemische oder gereinigte Enzyme verwendet werden können. Bei Proteinen mikrobiellen Ursprungs kann es sich um den Mikroben eigene Enzyme handeln, wobei die erhaltenen Produkte dann als Autolysate bezeichnet werden. Als Beispiel für Proteine, die gemäß der Erfindung mit Vorteil verwendet werden können, soll Lactalbumin erwähnt werden. Als typische Hydrolyse soll beispielsweise die enzymatische Hydrolyse mit Pankreatin erwähnt werden.
Wie oben bereits erwähnt enthalten die durch Hydrolyse hergestellten Produkte Proteine, und zwar in erhöhtem Maße, wenn die Hydrolyse unter akzeptablen industriellen Bedingungen ausgeführt worden ist. Die Produkte werden deshalb einer thermischen Behandlung unterworfen, welche eine Denaturierung der Proteine ermöglicht. Sie kann auf verschiedene Weise ausgeführt werden, beispielsweise bei einer hohen Temperatur von 100 bis 140 C während 10 s bis 4 min oder bei einer niedrigeren Temperatur von 75° bis 1000C während 2 bis 60 min.
Es soll darauf hingewiesen werden, daß im Falle einer enzymatischen Durchführung der Hydrolyse die thermische Behandlung eine Inaktivierung des Enzyms zur Folge haben kann. Diese Nebenwirkung wurde aber nicht systematisch untersucht, da das Enzym auf alle Fälle während der Ultrafiltraion zusammen mit den Proteinen entfernt wird.
030038/0836
300890Q
Die Ultrafiltration kann direkt nach der thermischen Behandlung durchgeführt werden, wobei die Proteine zwar denaturiert aber nicht unbedingt ausgeflockt sind. Dies stellt einen wesentlichen Unterschied zu den herkömmlichen, unter Zentrifugierung durchgeführten Verfahren dar, bei denen ein Ruhenlassen erforderlich ist, um eine maximale Ausflockung der Proteine zu ermöglichen.
Gemäß einer Abwandlung kann man das Produkt der Hydrolyse zwischen der thermischen Behandlung und der Ultrafiltration durch eine Kolloidalmühle hindurchführen.
Die Ultrafiltration kann in bekannter Weise im geschlossenen Kreislauf ausgeführt werden, wobei ein Pufferbehälter zu Hilfe genommen wird, in den das Retentat zurückgeführt wird. Die Ultra filtration kann auch mit mehreren hintereinander geschalteten Membranen oder Ultrafiltrationsvorrichtungen durchgeführt werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Retentat während der Ultrafiltration verdünnt. Diese Ultrafiltrationstechnik unter gleichzeitiger Verdünnung wird als "Diafiltration" bezeichnet. Das Verdünnungsmittel, in erster Linie Wasser, wird dem Pufferbehälter zugegeben oder zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ultrafiltrationsvorrichtungen eingespeist.
Die Temperatur, bei der die Ultrafiltration ausgeführt wird, kann frei gewählt werden. Aus bakteriologischen Gründen wird es jedoch bevorzugt, die Ultrafiltration bei einer Temperatur zwischen 55 und 80°C durchzuführen.
Das Permeat der Ultrafiltration, welches von Proteinen frei ist, stellt das gereinigte Proteinhydrolysat dar. Gegebenenfalls kann dieses Permeat, beispielsweise durch Eindampfen, konzentriert und abschließend getrocknet werden, um ein trockenes gereinigtes Hydrolysat zu erhalten.
Das Retentat der Ultrafiltration kann zu einer Hydrolysestufe zurückgeführt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
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Verfahrens unterwirft man eine Proteinlösung, die vorher aus bakteriologischen Gründen thermisch behandelt worden ist, einer chemischen - beispielsweise sauren - Hydrolyse oder einer enzymatischen - beispielsweise mit Pankreatin - Hydrolyse, wobei das Hydrolyseprodukt in ide.aler Weise einen Trockenfeststoffgehalt zwischen 3 und 15 % aufweist. Im Falle der enzymatischen Hydrolyse arbeitet man vorteilhafterweise beim optimalen pH-Wert des Enzyms, wobei der pH-Wert der Proteinlösung fortlaufend eingestellt wird, beispielsweise mit Hilfe von Kalk oder Phosphorsäure. Das Hydrolyseprodukt wird dann durch Einspritzen von Dampf oder in einem Wärmeaustauscher thermisch behandelt, beispielsweise während 1 min bei 130 C. Das thermisch behandelte Hydrolyseprodukt kann dann direkt einer Ultrafiltrationsvorrichtung zugeführt werden, man kann aber auch die Proteine vorher ausflocken lassen oder das thermisch behandelte Hydrolyseprodukt vorher durch eine Kolloidalmühle hindurchführen.
Typischerweise ist die Ultrafiltrationsvorrichtung mit Membranen ausgerüstet, die eine Schnittzone zwischen 1000 und 10000 aufweisen.
Je nach der Zusammensetzung können die durch das erfindungsgemässe Verfahren hergestellten gereinigten Hydrolysate in verschiedene diätetische, besonders in für Kinder und Rekonvaleszenten geeignete diätetische Nahrungsmittelpräparate einverleibt werden. Sie können aber auch in leicht resorbierbare Nahrungsmittel für unter Allergien leidende Personen einverleibt werden.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert. Darin sind die Teile und Prozentangaben in Gewicht ausgedrückt, sofern nichts anderes angegeben ist.
Beispiele_l_bis_6
Es wird eine Proteinlösung in Wasser aus Molkepulver (durch Ultrafiltration von 85 % der Proteine isoliertes Lactalbumin:Beispiele 1 bis 5; durch Ausfällen von 10 % der Proteine isoliertes Lactalbumin: Beispiel 6) hergestellt. Dabei wird eine Auflösungs-
50 C angewende
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temperatur zwischen 30 und 50 C angewendet.
-Ar -
Hierauf wird während 10 bis 30 s zur Sterilisation der Lösung Dampf mit 115 C eingespritzt, worauf nach Abkühlung auf 55°C der pH-Wert mit Ca(OH)2 auf 7,2 eingestellt und Pankreatin in einer Menge von 8% zugegeben wird. Die Hydrolyse wird dann während 5 h bei 50 bis 55 C ablaufen gelassen.
Hierauf wird der pH-Wert durch Zusatz von H PO. auf 6,7 nachgestellt, worauf die in der folgenden Tabelle angegebene thermische Behandlung durchgeführt wird.
Die Ultrafiltration erfolgt in einer Abcor-Vorrichtung, die mit HFM 180 SG-Membranen ausgerüstet ist, jedoch mit Ausnahme von Beispiel 6,, wo eine Ucarsep 2L-Vorrichtung (Union Carbide)-Vorrichtung verwendet wird, die mit NRT-Membranen bestückt ist.
Die erhaltenen Resultate sind in der folgenden Tabelle angegeben, in der auch der durch die Ultrafiltration erreichte Konzentrierungsgrad (3-mal oder~2 mal) enthalten ist. Die Diafiltration wird mit konstantem Volumen durchgeführt.
3eispiel Art des
Proteins		 Gehalt des
Hydrolyse-
produkts an
Trockenfest
stoffen in 5		 9% thermische
Behand-
- lung		 Ultrafiltra
tion (UF)
Diafiltration
(DF)		 Permeations-
menge
1 lactalbumin 9% 98°C/3anin UF/65°C/3x 80 l/fe2/h
2 Lactalbumin 13% 130°C/l min UF/65°C/3x 60 1/m /h
3 lactalbumin 9% 98°C/3Qnin UF/65°C/2x 60 IMi Ai
4 lactalbumin 9% 98°C/3Qnin UF 65°C/2x
+ DF/65 C		 95 IM2Ai
5 Lactalbumir 9% 98°C/3Onin UF/65°C/3x 125 IM2Ai
6 Lactalbumii 130°C/l min UF/65°C/3x 75 IM2Ai
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Vergleichsbeispiele
a) Das im Beispiel 1 beschriebene Verfahren (Lactalbumin: 9%) wird wiederholt, wobei jedoch eine thermische Behandlung angewendet wird, bei der praktisch keine Denaturierung auftritt (90 C/5 s). Die Ultrafiltration unter den gleichen Bedingungen ist zwar möglich, jedoch beträgt die Permeationsmenge nur 20 l/m2/h.
b) Beispiel 3 (Lactalbumin: 13%)wird wiederholt, wobei jedoch die unter a) angegebene nicht-denatürierende thermische Behandlung angewendet wird. Die Permeationsmenge bei der
2 Ultrafiltration beträgt nur 15 1/m /h.
Beispiele 7 bis 10
Durch Auflösen eines Pulvers bei 30 bis 50 C werden die folgenden Proteinlösungen hergestellt:
Beispiel 7 Lactalbumin, 8%ige Lösung Beispiel 8 Kasein, 10%ige Lösung Beispiel 9 Sojaisolat ll%ige Lösung Beispiel 10 Pischproteinkonzentrat, 8%ige Lösung Beispiel 11 Hefeproteinkonzentrat, 12%ige Lösung.
In Beispiel 7 wird das (durch Ultrafiltration isolierte)Lactalbumin unter den Bedingungen der Beispiele 1 bis 6 hydrolysiert, wobei jedoch ein Gemisch aus 3% Pankreatin und 0,8% neutrale Protease bakteriellen Ursprungs (NOVO M) verwendet wird.
Das Fischproteinkonzentrat (Kabeljau) ist ein Konzentrat mit einem Proteingehalt von 94%.
Das Hefeproteinkonzentrat wird durch Fermentation von CANDIDA UTILIS auf Melassen erhalten. Es enthält 55% Protein.
Die angewendeten thermischen Behandlungen und die Ultrafiltrationsbedingungen sind wie folgt:
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-S-
Beisp.
Beisp.
Beisp.
Beisp. 10
Beisp. 11
7 13CTC/1 min, UF/65°C/2x
8 13O°C/1 min, UF/7O°C/2x
9 13O°C/1 min, UF/7O°C/3x
98 C/3Omin, UF/65°C/2x 98OC/30min, UF/65°C/2x
030038/0836

Claims (9)

3008300 Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines gereinigten Proteinhydrolysats, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Proteinlösung einer Hydrolyse unterwirft, das Hydrolyseprodukt einer thermischen Behandlung unterzieht, bei welcher eine Denaturierung der darin enthaltenen Proteine stattfindet, und schließlich die Proteine durch Ultrafiltration entfernt, wobei das Perneat der Ultrafiltration das gereinigte Proteinhydrolysat darstellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Hydrolyse auf enzymatischem Wege durchführt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Enzym Pankreatin verwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die thermische Behandlung bei 100 bis 140 C während 10 s bis 4 min durchführt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die thermische
durchführt.
thermische Behandlung bei 75 bis 10O0C während 2 bis 60 min
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen der thermischen Behandlung und der Ultrafiltration das Hydrolyseprodukt durch eine Kolloidalmühle hindurchführt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Ultrafiltration unter Verdünnung ("Diafiltration") durchführt .
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man
die Ultrafiltration mit Membranen durchführt, die eine Schnittzone zwischen 1000 und 10000 aufweisen.
9. Verwendung eines nach Anspruch 1 hergestellten gereinigten Hydrolysats für Nahrungsmittelzwecke.
030038/0836
DE19803008900 1979-03-09 1980-03-07 Verfahren zur herstellung eines gereinigten proteinhydrolysats Granted DE3008900A1 (de)

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CH (1) CH636248A5 (de)
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ES (1) ES8104412A1 (de)
FR (1) FR2450842A1 (de)
GB (1) GB2043651B (de)
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