| WO2000078982A1 | 2000-12-28 | |||
| WO2001017376A1 | 2001-03-15 | |||
| WO2012016190A1 | 2012-02-02 | |||
| WO1994027451A1 | 1994-12-08 |
| EP2188315B1 | 2019-03-20 | |||
| US20070031572A1 | 2007-02-08 | |||
| NO20191067A1 | 2019-09-02 |
| - 48 - Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung einer entesterten aktivierbaren pektin-konvertierten Fruchtfaser, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Bereitstellen eines Rohmaterials, das Zellwandmaterial einer essbaren Frucht enthält; (b) Optionaler Aufschluss des Rohmaterials aus Schritt (a) mit Teilextraktion des Pektins aus diesem Rohmaterial durch Inkubation des Rohmaterials aus Schritt (a) in wässriger Suspension bei einem pH-Wert von 2,5 bis 5,0 und anschließender Trennung des teilweise entpektinisierten Materials von der Mischung; (c) Suspendieren des Rohmaterials aus Schritt (a) oder des teilweise entpektinisierten Materials aus Schritt (b) in einer wässrigen Flüssigkeit und Inkubation dieser wässrigen Suspension bei einem pH-Wert von zwischen 0,5 und 2,5 zur Erzielung einer aktivierten pektin-konvertierten Faser; (d) Optionale Zugabe einer Lauge, eines alkalischen Salzes oder eines Puffersystems zu der wässrigen Suspension aus Schritt (c) zur Einstellung eines pH-Wertes von zwischen pH =3,0 und pH=9,0; (e) Entesterung der aktivierten Fasersuspension aus Schritt (c) oder des pH-Wert- angepassten Fasersuspension aus Schritt (d) durch enzymatische Behandlung mit Pektinmethylesterase oder saure Entesterung; (f) Mindestens zweimaliges Waschen der entesterten aktivierten Faser aus Schritt (e) mit einer Waschflüssigkeit, die ein organisches wassermischbares Lösungsmittel umfasst, und jeweils anschließender Trennung der gewaschenen Faser von der Waschflüssigkeit; (g) Optionale zusätzliche Entfernung des organischen wassermischbaren Lösungsmittels durch Inkontaktbringen der gewaschenen Faser aus Schritt (f) mit Wasserdampf; (h) Trocknen des Materials aus Schritt (f) oder (g) umfassend eine Trocknung bei Normaldruck oder eine Vakuumtrocknung zum Erhalten der entesterten aktivierbaren pektin-konvertierten Fruchtfaser. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Rohmaterial ein Rückstand aus der Verarbeitung von Apfel- oder Citrusfrüchten darstellt und bevorzugt ein Apfel- oder Citrustrester ist. - 49 - 3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Citrusschale, Citrus- Albedo, Citrus-Flavedo, Citrusvesikel, Citrusmembran und Citrustrester, und bevorzugt Citrustrester ist. 4. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der optionale Aufschluss in Schritt (b) eine oder mehrere der folgenden Bedingungen erfüllt: i. Verwendung einer organischen Säure wie Oxalsäure oder Citronensäure; ii. Verwendung einer Mineralsäure wie beispielsweise Schwefelsäure, Salzsäure, Salpetersäure oder schweflige Säure, wobei Salpetersäure oder Schwefelsäure bevorzugt ist; iii. Zusätzlich ein Komplexbildner für zweiwertige Kationen wie Polyphosphat oder EDTA hinzugegeben wird; iv. der pH-Wert der Suspension liegt zwischen pH = 2,5 und pH = 5,0, bevorzugt zwischen pH = 2,8 und pH = 4,5 und besonders bevorzugt zwischen pH = 3,0 und pH = 4,0; v. die Inkubation erfolgt bei einer Temperatur zwischen 55°C und 80°C, bevorzugt zwischen 60°C und 75°C und besonders bevorzugt zwischen 65°C und 70°C; vi. die Inkubation erfolgt über eine Zeitdauer zwischen 15 min und 2 h, bevorzugt zwischen 0,5 h und 1 ,5 h; vii. die Suspension hat eine Trockenmasse von zwischen 0,5 % und 20 %, bevorzugt von zwischen 3 % und 16 %, und besonders bevorzugt von zwischen 5 % und 14 %; viii. die Suspension wird während des Aufschlusses gerührt oder geschüttelt. 5. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufschluss in Schritt (c) eine oder mehrere der folgenden Bedingungen erfüllt: i. Verwendung einer organischen Säure wie Oxalsäure oder Citronensäure; ii. Verwendung einer Mineralsäure wie beispielsweise Schwefelsäure, Salzsäure, Salpetersäure oder schweflige Säure, wobei Salpetersäure oder Schwefelsäure bevorzugt ist; iii. Zusätzlich ein Komplexbildner für zweiwertige Kationen wie Polyphosphat oder EDTA hinzugegeben wird; iv. der pH-Wert der Suspension liegt zwischen pH = 0,5 und pH = 2,5, bevorzugt zwischen pH = 1 ,0 und pH = 2,3 und besonders bevorzugt zwischen pH = 1 ,5 und pH = 2,0; - 50 - v. die Inkubation erfolgt bei einer Temperatur zwischen 60°C und 95°C, bevorzugt zwischen 70°C und 90°C und besonders bevorzugt 75°C und 85°C; vi. die Inkubation erfolgt über eine Zeitdauer zwischen 60 min und 10 h, bevorzugt zwischen 2 h und 6 h; vii. die Suspension hat eine Trockenmasse von zwischen 0,5% und 20%, bevorzugt von zwischen 3 % und 16 %, und besonders bevorzugt von zwischen 5 % und 14 %; viii. die Suspension wird während des Aufschlusses durch Krafteintrag in Bewegung versetzt. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die enzymatische Behandlung mit Pektinmethylesterase in Schritt (e) eine oder mehrere der folgenden Bedingungen erfüllt: i. die wässrige Suspension mit mindestens einer Pektinmethylesterase (EC 3.1.1.11) versetzt wird; ii. die wässrige Suspension die mindestens eine Pektinmethylesterase in einer Gesamtaktivität von 5000 bis 15000 Units/L enthält, vorteilhafterweise von 6000 bis 10000 Units/L, und besonders vorteilhaft von 8000 bis 9000 Units/L; iii. die Inkubation mit der mindestens einen Pektinmethylesterase in der wässrigen Suspension für eine Zeitdauer von 1 - 10 Stunden erfolgt und bevorzugt von 2 bis 5 Stunden; iv. die enzymatische Behandlung bei einer Temperatur von zwischen 10°C und 70°C erfolgt, bevorzugt von zwischen 20°C und 60°C und besonders bevorzugt zwischen von 30°C und 50°C; v. die enzymatische Behandlung bei einem pH-Wert von zwischen 3,0 bis 9,0 erfolgt und bevorzugt von zwischen 4,0 bis 7,0; vi. die Trockenmasse in der wässrigen Suspension zwischen 0,5 Gew.% und 20 Gew.% beträgt, bevorzugt zwischen 3 Gew.% und 16 Gew.%, und besonders bevorzugt zwischen 5 Gew.% und 14 Gew.%; vii. die enzymatische Behandlung unter Rühren oder Schütteln der wässrigen Suspension durchgeführt wird. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens zweimalige Waschen mit der das organische wassermischbare Lösungsmittel umfassenden Waschflüssigkeit in Schritt (f) eine oder mehrere der folgenden Bedingungen erfüllt: - 51 - i. Das organische wassermischbare Lösungsmittel ist ein Alkohol und bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol und Isopropanol; ii. Der Waschschritt erfolgt bei einer Temperatur zwischen 40°C und 75°C, bevorzugt zwischen 50°C und 70°C und besonders bevorzugt 60°C und 65°C; iii. Die Zeitdauer des Inkontaktbringens mit der Waschflüssigkeit erfolgt über eine Zeitdauer von zwischen 60 min und 10 h, bevorzugt von zwischen 2 h und 8 h; iv. Jeder Waschschritt eine Abtrennung des festen Rückstands von der Waschflüssigkeit Lösungsmittel beinhaltet, wobei bevorzugt ein Dekanter oder eine Presse verwendet wird; v. die Trockenmasse in der Waschlösung von zwischen 0,5 Gew.% und 15 Gew.%, bevorzugt von zwischen 1 ,0 Gew.% und 10 Gew.%, und besonders bevorzugt von zwischen 1 ,5 Gew.% und 5,0 Gew.% ist; vi. das Waschen in einem Behälter mit Rührwerk durchgeführt wird; vii. bei dem Waschen eine Vorrichtung zur Vergleichmäßigung der Suspension verwendet wird, die bevorzugt ein Zahnkranzdispergierer ist; viii. das Waschen im Gegenstromverfahren erfolgt; ix. bei dem Waschen eine partielle Neutralisation durch Zugabe von NaOH oder KOH oder Na- oder K-Salzen erfolgt; x. Bei dem Waschen eine Entfärbung des Rückstandes durch Zugabe eines oder mehrerer Oxidationsmittel erfolgt, wie beispielsweise durch Zugabe von Chlordioxid und/oder Wasserstoffperoxid. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem mindestens zweimaligen Waschen mit der das wassermischbare organische Lösungsmittel enthaltenden Waschflüssigkeit gemäß Schritt (f) die finale Konzentration des organischen Lösungsmittels in der Lösung mit jedem Waschschritt zunimmt, wobei sie bevorzugt im ersten Waschschritt zwischen 60 bis 70 Vol.-%, im zweiten Waschschritt zwischen 70 und 85 Vol.-% und in einem optionalen dritten Waschschritt zwischen 80 und 90 Vol.-% liegt. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem mindestens zweimaligen Waschen mit der das wassermischbare organische Lösungsmittel enthaltenden Waschflüssigkeit gemäß Schritt (f) die Waschflüssigkeit beim ersten Waschschritt einen sauren pH-Wert aufweist, der bevorzugt zwischen 0,1 und 3,0 liegt, und bei einem zweiten Waschschritt einen basischen pH-Wert aufweist, der bevorzugt zwischen 7,0 und 9,0 liegt. 10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach dem Trocknen in Schritt (h) zusätzlich einen Zerkleinerungs-, Vermahlungs- oder Siebschritt umfasst, wobei bevorzugt Partikel von kleiner 250 pm erhalten werden. 11. Entesterte aktivierbare pektin-konvertierte Fruchtfaser, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen wasserlöslichen Pektingehalt von zwischen 10 und 35 Gew.% aufweist und das Pektin ein niederverestertes Pektin ist, wobei die entesterte aktivierbare pektin-konvertierte Fruchtfaser bevorzugt durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 erhältlich ist oder erhalten wird und bevorzugt eine entesterte aktivierbare Citrusfaser oder eine entesterte aktivierbare Apfelfaser ist. 12. Entesterte aktivierbare pektin-konvertierte Citrusfaser gemäß Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die entesterte aktivierbare pektin-konvertierte Citrusfaser eine oder mehrere der folgenden rheologischen Eigenschaften aufweist: • Eine Fließgrenze II (Rotation) in der Fasersuspension von größer 0,1 Pa, vorteilhafterweise von größer 0,6 Pa und besonders vorteilhafterweise von größer 1 ,0 Pa; • Eine Fließgrenze II (Cross Over) in der Fasersuspension von größer 0,1 Pa, vorteilhafterweise von größer 0,4 Pa und besonders vorteilhafterweise von größer 0,6 Pa; • Eine Fließgrenze I (Rotation) in der Faserdispersion von größer 1,0 Pa, vorteilhafterweise von größer 3,5 Pa und besonders vorteilhafterweise von größer 5,5 Pa; • Eine Fließgrenze I (Cross Over) in der Faserdispersion von größer 1,0 Pa, vorteilhafterweise von größer 4,0 Pa und besonders vorteilhafterweise von größer 6,0 Pa; • Eine dynamische Weissenbergzahl in der Fasersuspension von größer 5,5, vorteilhafterweise von größer 6,5 und besonders vorteilhaft von größer 8,0; • Eine dynamische Weissenbergzahl in der Faserdispersion von größer 6,0, vorteilhafterweise von größer 7,0 und besonders vorteilhaft von größer 8,5; • Eine Festigkeit in einer 4 Gew%igen wässrigen Suspension von größer 100 g hat, bevorzugt von größer 125 g und besonders bevorzugt von größer 150 g; • eine Viskosität von größer 300 mPas, bevorzugt von größer 400 mPas, und besonders bevorzugt von größer 500 mPas aufweist, wobei die entesterte Citrusfaser in Wasser als 2,5 Gew.%ige Lösung dispergiert wird und die Viskosität mit einer Scherrate von 50 s-1 bei 20°C gemessen wird; • ein Wasserbindevermögen von mehr als 22 g/g, bevorzugt von mehr als 24 g/g, besonders bevorzugt von mehr als 26 g/g. 13. Entesterte aktivierbare pektin-konvertierte Citrusfaser gemäß einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die entesterte aktivierbare pektinkonvertierte Citrusfaser eine Feuchtigkeit von weniger als 15%, bevorzugt von weniger als 10% und besonders bevorzugt von weniger als 8% aufweist. 14. Entesterte aktivierbare pektin-konvertierte Citrusfaser gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die entesterte aktivierbare pektinkonvertierte Citrusfaser in 1 ,0 %iger wässriger Lösung einen pH-Wert von 3,0 bis 7,0 und bevorzugt von 4,0 bis 6,0 aufweist. 15. Entesterte aktivierbare pektin-konvertierte Citrusfaser gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die entesterte aktivierbare pektinkonvertierte Citrusfaser eine Korngröße aufweist, bei der mindestens 90% der Partikel kleiner als 450 pm sind, bevorzugt mindestens 90% der Partikel kleiner als 350 pm sind und besonders bevorzugt mindestens 90% der Partikel kleiner als 250 pm sind. 16. Entesterte aktivierbare pektin-konvertierte Citrusfaser gemäß einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die entesterte aktivierbare pektinkonvertierte Citrusfaser einen Helligkeitswert L* > 84, bevorzugt von L* > 86 und besonders bevorzugt von L* > 88 aufweist. 17. Entesterte aktivierbare pektin-konvertierte Citrusfaser gemäß einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die entesterte aktivierbare pektinkonvertierte Citrusfaser einen Ballaststoffgehalt von 80 bis 95% hat. 18. Entesterte aktivierbare pektin-konvertierte Apfelfaser gemäß Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die entesterte aktivierbare pektin-konvertierte Apfelfaser eine oder mehrere der folgenden rheologischen Eigenschaften aufweist: • Eine Fließgrenze II (Rotation) in der Fasersuspension von größer 0,1 Pa, vorteilhafterweise von größer 0,6 Pa und besonders vorteilhafterweise von größer 1 ,0 Pa; - 54 - • Eine Fließgrenze II (Cross Over) in der Fasersuspension von größer 0,1 Pa, vorteilhafterweise von größer 0,4 Pa und besonders vorteilhafterweise von größer 0,6 Pa; • Eine Fließgrenze I (Rotation) in der Faserdispersion von größer 1 ,0 Pa, vorteilhafterweise von größer 3,5 Pa und besonders vorteilhafterweise von größer 5,5 Pa; • Eine Fließgrenze I (Cross Over) in der Faserdispersion von größer 1 ,0 Pa, vorteilhafterweise von größer 4,0 Pa und besonders vorteilhafterweise von größer 6,0 Pa; • Eine dynamische Weissenbergzahl in der Fasersuspension von größer 5,5, vorteilhafterweise von größer 6,5 und besonders vorteilhaft von größer 8,0; • Eine dynamische Weissenbergzahl in der Faserdispersion von größer 6,0, vorteilhafterweise von größer 7,0 und besonders vorteilhaft von größer 8,5; • Eine Festigkeit in einer 4 Gew%igen wässrigen Suspension von größer 100 g hat, bevorzugt von größer 125 g und besonders bevorzugt von größer 150 g; • eine Viskosität von größer 300 mPas, bevorzugt von größer 400 mPas, und besonders bevorzugt von größer 500 mPas aufweist, wobei die entesterte Citrusfaser in Wasser als 2,5 Gew.%ige Lösung dispergiert wird und die Viskosität mit einer Scherrate von 50 s-1 bei 20°C gemessen wird; • ein Wasserbindevermögen von mehr als 22 g/g, bevorzugt von mehr als 24 g/g, besonders bevorzugt von mehr als 26 g/g. 19. Entesterte aktivierbare pektin-konvertierte Apfelfaser gemäß einem der Ansprüche 11 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die entesterte aktivierbare pektinkonvertierte Apfelfaser eine Feuchtigkeit von weniger als 15%, bevorzugt von weniger als 10% und besonders bevorzugt von weniger als 8% aufweist. 20. Entesterte aktivierbare pektin-konvertierte Apfelfaser gemäß einem der Ansprüche 11 , 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die entesterte aktivierbare pektinkonvertierte Apfelfaser in 1 ,0 %iger wässriger Lösung einen pH-Wert von 3,0 bis 7,0 und bevorzugt von 4,0 bis 6,0 aufweist. 21 . Entesterte aktivierbare pektin-konvertierte Apfelfaser gemäß einem der Ansprüche 11 oder 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die entesterte aktivierbare pektinkonvertierte Apfelfaser eine Korngröße aufweist, bei der mindestens 90% der Partikel - 55 - kleiner als 450 pm sind, bevorzugt mindestens 90% der Partikel kleiner als 350 pm sind und besonders bevorzugt mindestens 90% der Partikel kleiner als 250 pm sind. 22. Entesterte aktivierbare pektin-konvertierte Apfelfaser gemäß einem der Ansprüche 11 oder 18 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die entesterte aktivierbare pektinkonvertierte Apfelfaser einen Helligkeitswert L > 60, bevorzugt von L > 61 und besonders bevorzugt von L > 62 aufweist. 23. Entesterte aktivierbare pektin-konvertierte Apfelfaser gemäß einem der Ansprüche 11 oder 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die entesterte aktivierbare pektinkonvertierte Apfelfaser einen Ballaststoffgehalt von 80 bis 95% hat. 24. Verwendung der entesterten aktivierbaren pektin-konvertierten Citrusfaser gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17 oder der entesterten aktivierbaren pektinkonvertierten Apfelfaser gemäß einem der Ansprüche 11 oder 18 bis 23 als Verdickungsmittel oder Strukturmittel in einem Lebensmittelerzeugnis, einem Futterprodukt, einem Getränk, einem Nahrungsergänzungsmittel, einem kosmetischen Erzeugnis, einem pharmazeutischen Erzeugnis oder einem Medizinprodukt. 25. Verwendung der entesterten aktivierbaren pektin-konvertierten Citrusfaser gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17 oder der entesterten aktivierbaren pektinkonvertierten Apfelfaser gemäß einem der Ansprüche 11 oder 18 bis 23 zur Herstellung eines thermoreversiblen Gels. 26. Mischung umfassend eine entesterte aktivierbare pektin- konvertierte Fruchtfaser gemäß Anspruch 11 und ein lösliches Pektin, welches bevorzugt ein niedrig verestertes Pektin, ein hoch verestertes Pektin, ein niedrig verestertes amidiertes Pektin oder eine Mischung hiervon ist, wobei die entesterte aktivierbare pektinkonvertierte Fruchtfaser vorteilhafterweise eine entesterte aktivierbare pektinkonvertierte Citrusfaser gemäß einem der Ansprüche 11 bis 17 oder eine entesterte aktivierbare pektin-konvertierte Apfelfaser gemäß einem der Ansprüche 11 oder 18 bis 23 ist. 27. Lebensmittelerzeugnis, Nahrungsergänzungsmittel, Futterprodukt, Getränk, ein kosmetisches Erzeugnis, pharmazeutisches Erzeugnis oder Medizinprodukt hergestellt unter Verwendung der entesterten aktivierbaren pektin-konvertierten Fruchtfaser gemäß Anspruch 10, wobei die entesterte aktivierbare pektin-konvertierte - 56 - Fruchtfaser vorteilhafterweise eine entesterte aktivierbare pektin- konvertierte Citrusfaser gemäß einem der Ansprüche 11 bis 17 oder eine entesterte aktivierbare pektin-konvertierte Apfelfaser gemäß einem der Ansprüche 11 oder 18 bis 23 ist. |
Die vorliegende Erfindung betrifft eine aktivierbare, entesterte, pektin-konvertierte Fruchtfaser, insbesondere eine entesterte, pektin-konvertierte Citrus- oder Apfelfaser und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Die Erfindung betrifft zudem die Verwendung der entesterten, pektin-konvertierten Fruchtfaser als Verdickungs- oder Strukturmittel in verschiedenen industriellen Erzeugnissen. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Mischung der aktivierbaren, entesterten, pektin-konvertierten Fruchtfaser mit einem löslichen Pektin. Letztendlich betrifft die Erfindung ein Lebensmittelerzeugnis, Futterprodukt, Nahrungsergänzungsmittel, Getränk, kosmetisches Produkt, pharmazeutisches Produkt oder Medizinprodukt, das unter Verwendung der erfindungsgemäßen entesterten, pektinkonvertierten Fruchtfaser hergestellt worden ist.
Hintergrund der Erfindung
Ballaststoffe sind weitgehend unverdaubare Nahrungsbestandteile, meist Kohlenhydrate, die vorwiegend in pflanzlichen Lebensmitteln vorkommen. Der Einfachheit wegen teilt man die Ballaststoffe in wasserlösliche Ballaststoffe wie Pektin und wasserunlösliche Ballaststoffe, wie beispielsweise Cellulose ein. Ballaststoffe gelten als wichtiger Bestandteil der menschlichen Ernährung.
So gilt der Verzehr von Ballaststoffen als gesundheitsfördernd. Die wasserlöslichen Ballaststoffe in der Nahrung vergrößern das Nahrungsvolumen, ohne zugleich den Energiegehalt bedeutend zu steigern. Sofern sie nicht schon vor der Aufnahme hinreichend gequollen sind, nehmen sie im Magen weiteres Wasser auf. Die daraus resultierende Volumenzunahme führt zu einer Zunahme des Sättigungsgefühls. Weiterhin verlängern Ballaststoffe die Verweildauer des Speisebreis in Magen und Darm. Wasserlösliche Ballaststoffe wie Pektin binden Gallensäuren des Cholesterinstoffwechsels im Darm und führen damit zu einer Senkung des Cholesterinspiegels.
Gerade die löslichen Ballaststoffe sollen die die Glucose-Adsorption verringern und Stärke- Verarbeitung verlangsamen und postprandiale Glucose-Spiegel im Serum kontrollieren. Wer viele Ballaststoffe verzehrt, hat ein verringertes Risiko für zahlreiche Zivilisationskrankheiten, insbesondere für Adipositas, Bluthochdruck, koronare Herzkrankheit (KHK), Schlaganfall, Diabetes und verschiedene gastrointestinale Erkrankungen. Entsprechend gibt die Deutsche Gesellschaft für Ernährung e. V. (DGE) als Richtwert für die tägliche Zufuhr mindestens 30 g Ballaststoffe an. Der Einsatz von Fruchtfasern als Ballaststoffe in der Herstellung von Lebensmitteln erlangt zunehmende Bedeutung. Ein Grund hierfür liegt in der Tatsache, dass die Fruchtfasern ein Gemisch aus unlöslichen Ballaststoffen wie Cellulose und löslichen Ballaststoffen wie Pektin darstellen und damit in idealer Weise das oben aufgeführte gesundheitsfördernde Wirkungsspektrum ergeben. Durch den Einsatz von Fruchtfasern können die funktionellen Eigenschaften von Lebensmittelprodukten beispielsweise hinsichtlich Viskosität, Emulsionsbildung, Gelbildung, Formstabilität oder Textur gezielt optimiert und eingestellt werden. Fruchtfasern können damit andere wenig akzeptierte oder sogar gesundheitlich bedenkliche Hilfsstoffe in Lebensmitteln ersetzen und führen als nicht E-klassifizierte Substanzen zu einfacheren Produktkennzeichnungen und damit zu einer erhöhten Produktakzeptanz.
Die WO 01/17376 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ballaststoffen mit hohem Wasserbindervermögen und deren Anwendung. Sie lehrt hierzu ein Verfahren zur Herstellung von Fruchtfasern, wie Apfelfasern oder Citrusfasern, bei welchem Pflanzenbestandteile im sauren Milieu aufgeschlossen und anschließend mit Alkohol gewaschen werden (s. Anspruch 1 , Seite 7, Zeile 16 bis Seite 8, Zeile 5). Das Verfahren beinhaltet allerdings keinen Entesterungsschritt.
Die WO 2012/016190 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zitrusfaser aus Zitrustrester. Das Verfahren beinhaltet einen Homogenisierungsschritt, gefolgt von einem Waschschritt mit einem organischen Lösungsmittel und einem abschließenden Schritt zur Lösungsmittelentfernung und Trocknung (s. Anspruch 1 und Beispiele 1 bis 5 auf Seite 14, Zeile 13 bis Seite 16, Zeile 10). Durch die notwendige Homogenisierung, die bevorzugt eine Hochdruckhomogenisierung ist (Seite 4, Zeilen 1 bis 2) wird ein aufwändiges Herstellungsverfahren benötigt, um hier Fasern mit guter Hydratisierbarkeit und Viskositätsbildung zu erhalten (s. Seite 2, Zeilen 3 bis 6).
Die WO 94/27451 betrifft die Herstellung natürlicher Verdickungsmittel aus Zitrusfrucht und lehrt ein Verfahren, bei dem eine wässrige Aufschlämmung aus Zitrustrester erstellt wird, die auf eine Temperatur von 80 bis 180°C erhitzt wird und anschließend einer Hochdruckhomogenisierung unterzogen wird (s. Zusammenfassung). Auch hier ist neben der Erwärmung ein Hochdruckhomogenisierungsschritt notwendig, um Fasern mit vorteilhaften rheologischen Eigenschaften zu erhalten.
Es besteht daher Bedarf an neuen Verfahren zur Herstellung von Fruchtfasern und den dadurch hergestellten Fruchtfasern. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Stand der Technik zu verbessern oder ihm eine Alternative zu bieten.
Zusammenfassung der Erfindung
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung löst die gestellte Aufgabe ein Verfahren zur Herstellung einer entesterten aktivierbaren, pektin- konvertierten Fruchtfaser, das die folgenden Schritte umfasst:
(a) Bereitstellen eines Rohmaterials, das Zellwandmaterial einer essbaren Frucht, bevorzugt einer Citrusfrucht oder Apfelfrucht, enthält;
(b) Optionaler Aufschluss des Rohmaterials aus Schritt (a) mit Teilextraktion des Pektins aus diesem Rohmaterial durch Inkubation des Rohmaterials aus Schritt (a) in wässriger Suspension bei einem pH-Wert von 2,5 bis 5,0 und anschließender Trennung des teilweise entpektinisierten Materials von der Mischung;
(c) Suspendieren des Rohmaterials aus Schritt (a) oder des teilweise entpektinisierten Materials aus Schritt (b) in einer wässrigen Flüssigkeit und Inkubation dieser wässrigen Suspension bei einem pH-Wert von zwischen 0,5 und 2,5 zur Erzielung einer partiell-aktivierten, pektin-konvertierten Fruchtfaser, bevorzugt einer partiell-aktivierten, pektin-konvertierten Apfel-Faser mit einem wasser-löslichen Pektingehalt von 5 bis 22 Gew% oder einer partiell-aktivierten, pektin-konvertierten Citrusfaser mit einem wasser-löslichen Pektingehalt von 10 bis 35 Gew%;
(d) Optionale Zugabe einer Lauge, eines alkalischen Salzes oder eines alkalischen Puffersystems zu der wässrigen Suspension aus Schritt (c) zur Einstellung eines pH-Wertes von zwischen pH = 3,0 und pH = 9,0;
(e) Entesterung der partiell-aktivierten Fasersuspension aus Schritt (c) oder der pH-Wert-angepassten Fasersuspension aus Schritt (d) durch enzymatische Behandlung mit Pektinmethylesterase oder saure Entesterung;
(f) Mindestens zweimaliges Waschen der entesterten aktivierten Faser aus Schritt (e) mit einem organischen Lösungsmittel und jeweils anschließender Trennung der gewaschenen Faser von dem organischen Lösungsmittel; (g) Optionale zusätzliche Entfernung des organischen Lösungsmittels durch Inkontaktbringen der gewaschenen Faser aus Schritt (f) mit Wasserdampf;
(h) Trocknen des Materials aus Schritt (f) oder (g) umfassend eine Trocknung bei Normaldruck oder eine Vakuumtrocknung zum Erhalten der entesterten aktivierbaren pektin-konvertierten Fruchtfaser.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren führt zu Fruchtfasern mit einer großen inneren Oberfläche, was auch das Wasserbindungsvermögen erhöht und mit einer guten Viskositätsbildung einhergeht. Insbesondere in Calcium-haltigen Anwendungen kann zusätzlich eine deutliche Gelbildung beobachtet werden.
Diese Fasern stellen aktivierbare Fasern dar, die durch die Partialaktivierung im Herstellungsverfahren eine zufriedenstellende Festigkeit aufweisen. Zum Erhalten der optimalen rheologischen Eigenschaften wie Viskosität, Gelierung oder Texturierung bedarf es allerdings anwenderseitig der Anwendung von zusätzlichen Scherkräften. Es handelt sich damit um partiell-aktivierte Fasern, die aber noch weiter aktivierbar sind. Der Begriff der „partiell-aktivierte Fasern“ ist damit im Rahmen der vorliegenden Anmeldung synonym, zum Begriff der „aktivierbaren Fasern“.
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltene aktivierbare, pektinhaltige (i.e. wasserlöslicher Pektingehalt ca. 35 Gew.% im Falle der Citrusfaser und 22 Gew% im Falle der Apfelfaser) und niedrigveresterte Fruchtfaser wird im Rahmen der Erfindung auch kurz als „entesterte Fruchtfaser“ bzw. im Einzelfall konkretisiert als „entesterte Apfelfaser“ oder „entesterte Citrusfaser“ bezeichnet.
Wie die Erfinder festgestellt haben, weisen die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Fruchtfasern gute rheologische Eigenschaften auf. Die erfindungsgemäßen Fasern können einfach in Calcium-freiem Wasser rehydratisiert werden und die vorteilhaften rheologischen Eigenschaften bleiben auch nach der Rehydratisierung erhalten.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren führt zu Fruchtfasern, die in hohem Maße geschmacks- und geruchsneutral sind und daher vorteilhaft für die Anwendung im Lebensmittelbereich sind. Das Eigenaroma der übrigen Zutaten wird nicht maskiert und kann sich daher optimal entfalten. Die erfindungsgemäßen Fruchtfasern werden aus Früchten gewonnen und stellen so natürliche Inhaltsstoffe mit bekannten positiven Eigenschaften dar.
Als Rohstoff können bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren pflanzliche Verarbeitungsrückstände wie Apfel-Trester oder Citrus-Trester eingesetzt werden. Diese Verarbeitungsrückstände sind kostengünstig, liegen in ausreichender Menge vor und bieten eine nachhaltige und ökologisch sinnvolle Quelle für die erfindungsgemäßen Fruchtfasern.
Fruchtfasern sind in der Lebensmittelindustrie etabliert und akzeptiert, so dass entsprechende Zusammensetzungen ohne langwierige Zulassungsverfahren sofort und auch international zum Einsatz kommen können.
Die Erfindung im Einzelnen
Die Erfindung betrifft prozessierte Fruchtfasern und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Eine Fruchtfaser gemäß der Erfindung ist eine Pflanzenfaser, also eine Faser, die aus einer nichtverholzten pflanzlichen Zellwand isoliert wird und hauptsächlich aus Cellulose besteht, und die hierbei aus einer Frucht isoliert wird. Unter einer Frucht ist hierbei die Gesamtheit der Organe einer Pflanze zu verstehen, die aus einer Blüte hervorgehen, wobei sowohl die klassischen Obstfrüchte als auch Fruchtgemüse enthalten sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist diese Fruchtfaser ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Citrusfaser, Apfelfaser, Zuckerrübenfaser, Möhrenfaser und Erbsenfaser, wobei die Pflanzenfaser bevorzugt eine Fruchtfaser und besonders bevorzugt eine Citrusfaser oder eine Apfelfaser ist.
Eine „Apfelfaser“ gemäß der Anmeldung ist eine hauptsächlich aus Fasern bestehende Komponente, die aus einer nichtverholzten pflanzlichen Zellwand eines Apfels isoliert wird und hauptsächlich aus Cellulose besteht. Der Begriff der Faser stellt in gewisser Hinsicht ein Misnomer dar, weil die Apfelfasern makroskopisch nicht als Fasern in Erscheinung treten, sondern ein pulverförmiges Produkt darstellen. Weitere Bestandteile der Apfelfaser sind unter anderem Hemicellulose und Pektin.
Die Apfelfaser kann aus allen dem Fachmann bekannten Kulturäpfeln (malus domesticus) gewonnen werden. Als Ausgangsmaterial können hier vorteilhafterweise Verarbeitungsrückstände von Äpfeln eingesetzt werden. Als Ausgangsmaterial kann entsprechend Apfelschale, Kerngehäuse, Kerne oder Fruchtfleisch oder eine Kombination hiervon verwendet werden. In bevorzugter Weise wird als Ausgangsmaterial Apfeltrester verwendet, also die Pressrückstände von Äpfeln, die neben den Schalen typischerweise auch die oben genannten Bestandteile enthalten.
Eine „Citrusfaser“ gemäß der Anmeldung ist eine hauptsächlich aus Fasern bestehende Komponente, die aus einer nichtverholzten pflanzlichen Zellwand einer Citrusfrucht isoliert wird und hauptsächlich aus Cellulose besteht. Der Begriff der Faser stellt in gewisser Hinsicht ein Misnomer dar, weil die Citrusfasern makroskopisch nicht als Fasern in Erscheinung treten, sondern ein pulverförmiges Produkt darstellen. Weitere Bestandteile der Citrusfaser sind unter anderem Hemicellulose und Pektin. Die Citrusfaser kann vorteilhafterweise aus Citruspulpe, Citrusschale, Citrusvesikel, Segmentmembranen oder einer Kombination hiervon gewonnen werden.
Zur Herstellung einer entesterten Citrusfaser können als Rohmaterial Citrusfrüchte und bevorzugt Verarbeitungsrückstände von Citrusfrüchten eingesetzt werden. Als Rohmaterial zum Einsatz in dem erfindungsgemäßen Verfahren kann entsprechend Citrusschale, (hier Albedo und/oder Flavedo), Citrusvesikel, Segmentmembranen oder eine Kombination hiervon verwendet werden. In bevorzugter Weise wird als Rohmaterial Citrustrester verwendet, also die Pressrückstände von Citrusfrüchten, die neben den Schalen typischerweise auch das Fruchtfleisch enthalten.
Als Citrusfrüchte können hierbei alle dem Fachmann bekannten Citrusfrüchte verwendet werden. In nicht einschränkender Weise seien hier beispielhaft aufgeführt: Mandarine (Citrus reticulata), Clementine (Citrus x aurantium Clementine-Gruppe, Syn.: Citrus Clementina), Satsuma (Citrus *aurantium Satsuma-Gruppe, Syn.: Citrus unshiu), Mangshan (Citrus mangshanensis), Orange (Citrus *aurantium Orangen-Gruppe, Syn.: Citrus sinensis), Bitterorange (Citrus *aurantium Bitterorangen-Gruppe), Bergamotte (Citrus *limon Bergamotte-Gruppe, Syn.: Citrus bergamia), Pampelmuse (Citrus maxima), Grapefruit (Citrus *aurantium Grapefruit-Gruppe, Syn.: Citrus paradisi) Pomelo (Citrus *aurantium Pomelo-Gruppe), echte Limette (Citrus *aurantiifolia), gewöhnliche Limette (Citrus xaurantiifolia, Syn.: Citrus lati folia), Kaffernlimette (Citrus hystrix), Rangpur-Limette (Citrus xjambhiri), Zitrone (Citrus *limon Zitronen-Gruppe), Zitronatzitrone (Citrus medica) und Kumquats (Citrus japonica, Syn.: Fortunella). Bevorzugt sind hierbei die Orange (Citrus *aurantium Orangen-Gruppe, Syn.: Citrus sinensis) und die Zitrone (Citrus *limon Zitronen- Gruppe).
Der optionale saure Aufschluss im Schritt (b) des Verfahrens dient der partiellen Entfernung von Pektin aus dem Zellverband durch Überführung einer Teilfraktion des Protopektins in lösliches Pektin und gleichzeitiger Aktivierung der Faser durch Vergrößerung der inneren Oberfläche. Weiterhin wird das Rohmaterial durch den Aufschluss thermisch zerkleinert. Durch die saure Inkubation im wässrigen Milieu unter Einwirkung von Hitze zerfällt es in Fruchtfasern. Damit wird eine thermische Zerkleinerung erreicht, ein mechanischer Zerkleinerungsschritt ist im Rahmen des Herstellungsverfahrens damit nicht notwendig. Dies stellt einen entscheidenden Vorteil gegenüber herkömmlichen Faser- Herstellungsverfahren dar, die im Gegensatz dazu einen Scherungsschritt (wie beispielsweise durch eine (Hoch-)Druckhomogenisierung benötigen, um eine Faser mit ausreichenden rheologischen Eigenschaften zu erhalten.
Der saure Aufschluss im Schritt (b) ist so gestaltet, dass das bei der Teilextraktion extrahierte Pektin ein hochverestertes Pektin mit hoher Gelierkraft und gutem Viskosifizierungsvermögen darstellt. Es wird daher im Rahmen der vorliegenden Anmeldung auch als „hochwertiges Pektin“ bezeichnet. Bei dem sauren Aufschluss gemäß Schritt (b) handelt es sich um eine vollwertige Pektin-Extraktion in dem Sinne, dass das in Lösung gebrachte Pektin danach durch eine Fest-Flüssig-Trennung von dem Fasermaterial abgetrennt wird.
Bei dem durch die Teilextraktion anfallenden hochwertigen Pektin handelt es sich um hochverestertes Pektin. Unter einem hochveresterten Pektin wird erfindungsgemäß ein Pektin verstanden, das einen Veresterungsgrad von mindestens 50% besitzt. Der Veresterungsgrad beschreibt den prozentualen Anteil der Carboxylgruppen in den Galacturonsäure-Einheiten des Pektins, welche in veresterter Form vorliegen, z.B. als Methylester. Der Veresterungsgrad kann mittels der Methode nach JECFA (Monograph 19- 2016, Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives) bestimmt werden.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform weist das hochwertige Pektin, das bevorzugt ein hochverestertes lösliches Citruspektin oder Apfelpektin ist, einen Veresterungsgrad von 50 bis 80%, bevorzugt von 60 bis 80%, besonders bevorzugt von 70 bis 80% und insbesondere bevorzugt von 72% bis 75% auf. Beispielsweise kann der Veresterungsgrad des hochveresterten löslichen Pektins, das bevorzugt ein hochverestertes lösliches Citruspektin oder Apfelpektin ist 70%, 71 %, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79% oder 80% betragen.
Nach einer Ausführungsform weist das hochwertige Pektin, das bevorzugt ein hochverestertes lösliches Citruspektin ist, eine Viskosität, gemessen in mPas, von 500 bis 1500 mPas, bevorzugt von 600 bis 1400 mPas, besonders bevorzugt von 700 bis 1300 mPas und insbesondere bevorzugt von 800 bis 1200 mPas auf. Nach einer Ausführungsform weist das hochwertige Pektin, das bevorzugt ein hochverestertes lösliches Citruspektin ist, einen Gelierkraft, gemessen in “SAG, von 150 bis 300°SAG, bevorzugt von 200 bis 280°SAG, besonders bevorzugt von 240 bis 270°SAG und insbesondere bevorzugt von 260 bis 265°SAG auf. Beispielsweise kann die Gelierkraft des hochveresterten löslichen Pektins, das bevorzugt ein hochverestertes lösliches Citruspektin ist 160, 170, 180, 190, 200, 210, 220, 230, 240, 250, 260, 261 , 262, 263, 264, 265, 266, 267, 268, 269, 270, 280, 290, und 300°SAG betragen.
Nach einer weiteren Ausführungsform weist das hochwertige Pektin, das bevorzugt ein hochverestertes lösliches Apfelpektin ist, eine Gelierkraft, gemessen in “SAG, von 150 bis 250°SAG, bevorzugt von 170 bis 240°SAG, besonders bevorzugt von 180 bis 220°SAG und insbesondere bevorzugt von 190 bis 200°SAG auf. Beispielsweise kann die Gelierkraft des hochveresterten löslichen Pektins, das bevorzugt ein hochverestertes lösliches Apfelpektin ist 160, 170, 180, 190, 191 , 192, 193, 194, 195, 196, 197, 198, 199, 200, 210, 220, 230 und 240°SAG betragen.
Das Rohmaterial liegt bei dem Aufschluss als wässrige Suspension vor. Eine Suspension ist gemäß der Erfindung ein heterogenes Stoffgemisch aus einer Flüssigkeit und darin fein verteilten Festkörpern (Rohmaterial-Partikel). Da die Suspension zur Sedimentation und Phasentrennung tendiert, werden die Partikel geeignetermaßen durch Krafteintrag, also beispielsweise durch Schütteln oder Rühren in der Schwebe gehalten. Es liegt somit keine Dispersion vor, bei der die Partikel durch mechanische Einwirkung (Scherung) so zerkleinert werden, dass sie feindispers vorliegen.
Zur Erzielung eines sauren pH-Wertes kann der Fachmann auf alle ihm bekannten Säuren oder sauren Pufferlösungen zurückgreifen. So kann beispielsweise eine organische Säure die als Calcium-Chelator wirkt und damit überschüssige Calcium-Ionen binden kann. Beispiele für eine solche chelatbildende Säure sind Citronensäure, Gluconsäure oder Oxalsäure.
Alternativ oder in Kombination hierzu kann auch eine Mi neral säure eingesetzt werden. Beispielhaft seien erwähnt: Schwefelsäure, Salzsäure, Salpetersäure oder schweflige Säure. Bevorzugt wird Salpetersäure oder Schwefelsäure eingesetzt. Bei dem optionalen sauren Aufschluss im Schritt (b) kann zusätzlich noch ein Komplexbildner für zweiwertige Kationen hinzugegeben werden. Beispielhaft sind hier Polyphosphate oder EDTA erwähnt.
Bei dem optionalen sauren Aufschluss im Schritt (b) des Verfahrens liegt der pH-Wert der Suspension zwischen pH = 2,5 und pH = 5,0, bevorzugt zwischen pH = 2,8 und pH = 4,5 und besonders bevorzugt zwischen pH = 3,0 und pH = 4,0. Der optionale saure Aufschluss kann beispielsweise bei einem pH-Wert von 2,8, 2,9, 3,0, 3,1 , 3,2, 3,3, 3,3, 3,4, 3,5, 3,6, 3,7, 3,8, 3,9 oder 4,0 durchgeführt werden.
Vorteilhafterweise besteht bei dem optionalen sauren Aufschluss im Schritt (b) die Flüssigkeit zur Herstellung der wässrigen Suspension zu mehr als 50 Vol%, bevorzugt zu mehr als 60, 70, 80 oder sogar 90 Vol% aus Wasser. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Flüssigkeit kein organisches Lösungsmittel und insbesondere keinen Alkohol. Damit liegt eine wasserbasierte saure Extraktion vor.
Die Inkubation erfolgt bei dem optionalen sauren Aufschluss bei einer Temperatur zwischen 55°C und 80°C, bevorzugt zwischen 60°C und 75°C und besonders bevorzugt zwischen 65°C und 70°C. Der optionale saure Aufschluss kann beispielsweise bei einer Temperatur von 60°C, 61 °C, 62°C, 63°C, 64°C, 65 OO C, 66°C, 67°C, 68°C oder 69°C durchgeführt werden.
Die Inkubation erfolgt bei dem optionalen sauren Aufschluss über eine Zeitdauer zwischen 60 min und 8 Stunden und bevorzugt zwischen 2 h und 6 Stunden. Der optionale saure Aufschluss kann beispielsweise über eine Zeitdauer von1 ,5 h, 2,0 h, 2,5 h, 3,0 h, 3,5 h, 4,0 h, 4,5 h, 5,0 h, 5,5 h oder 6,0 h durchgeführt werden.
Die wässrige Suspension hat bei dem sauren Aufschluss geeignetermaßen eine Trockenmasse von zwischen 0,5 Gew.% und 20 Gew.%, bevorzugt von zwischen 3 Gew.% und 16 Gew.%, und besonders bevorzugt von zwischen 5 Gew.% und 14 Gew.%. Die Trockenmasse kann bei dem optionalen sauren Aufschluss beispielsweise 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 , 12, 13, 14, 15, oder 16 Gew.% betragen.
Die wässrige Suspension wird während des Aufschlusses geeigneterweise durch Krafteintrag in Bewegung versetzt, also beispielsweise gerührt oder geschüttelt. Dies erfolgt bevorzugt in kontinuierlicher Weise, damit die Partikel in der Suspension in der Schwebe gehalten werden. Der saure Aufschluss im Schritt (c) des Verfahrens dient der Konvertierung des unlöslichen Protopektins in lösliches Pektin und gleichzeitiger Aktivierung der Faser durch Vergrößerung der inneren Oberfläche. Bei dem sauren Aufschluss gemäß Schritt (c) handelt es sich nicht um eine funktionelle Pektin-Extraktion. Das löslich gemachte Pektin wird nicht durch eine Fest-Flüssig-Trennung von dem Fasermaterial abgetrennt, sondern bleibt bei den folgenden Prozessschritten (d) und/oder (e) zusammen mit der partiellaktivierten Faser in der Suspension enthalten. Es findet also im Endergebnis keine Pektinentfernung, sondern eine Pektinkonversion von Protopektin zu wasserlöslichem faserassoziiertem Pektin statt. Im Ergebnis resultiert also eine aktivierbare, entesterte pektin-konvertierte Faser.
Weiterhin wird das Rohmaterial durch den Aufschluss thermisch zerkleinert. Durch die saure Inkubation im wässrigen Milieu unter Einwirkung von Hitze zerfällt es in Fruchtfasern. Damit wird eine thermische Zerkleinerung erreicht, ein mechanischer Zerkleinerungsschritt ist im Rahmen des Herstellungsverfahrens damit nicht notwendig. Dies stellt einen entscheidenden Vorteil gegenüber herkömmlichen Faser-Herstellungsverfahren dar, die im Gegensatz dazu einen Scherungsschritt (wie beispielsweise durch eine (Hoch- )Druckhomogenisierung) benötigen, um eine Faser mit ausreichenden rheologischen Eigenschaften zu erhalten.
Für den Fall, dass das dem sauren Aufschluss gemäß Schritt (c) zugeführte Material bereits dem optionalen sauren Aufschluss gemäß Schritt (b) unterzogen wurde, kann der saure Aufschluss im Schritt (b) eine zusätzliche Pektinextraktion leisten, indem ein weiterer Teil des Protopektins in lösliches Pektin überführt und extrahiert werden kann.
Das Rohmaterial liegt bei dem Aufschluss als wässrige Suspension vor. Eine Suspension ist gemäß der Erfindung ein heterogenes Stoffgemisch aus einer Flüssigkeit und darin fein verteilten Festkörpern (Rohmaterial-Partikel). Da die Suspension zur Sedimentation und Phasentrennung tendiert, werden die Partikel geeignetermaßen durch Krafteintrag, also beispielsweise durch Schütteln oder Rühren in der Schwebe gehalten. Es liegt somit keine Dispersion vor, bei der die Partikel durch mechanische Einwirkung (Scherung) so zerkleinert werden, dass sie feindispers vorliegen.
Zur Erzielung eines sauren pH-Wertes kann der Fachmann auf alle ihm bekannten Säuren oder sauren Pufferlösungen zurückgreifen. So kann beispielsweise eine organische Säure die als Calcium-Chelator wirkt und damit überschüssige Calcium-Ionen binden kann. Beispiele für eine solche chelatbildende Säure sind Citronensäure, Gluconsäure oder Oxalsäure.
Alternativ oder in Kombination hierzu kann auch eine Mi neral säure eingesetzt werden. Beispielhaft seien erwähnt: Schwefelsäure, Salzsäure, Salpetersäure oder schweflige Säure. Bevorzugt wird Salpetersäure oder Schwefelsäure eingesetzt. Bei dem sauren Aufschluss im Schritt (c) kann zusätzlich noch ein Komplexbildner für zweiwertige Kationen hinzugegeben werden. Beispielhaft sind hier Polyphosphate oder EDTA erwähnt.
Bei dem sauren Aufschluss im Schritt (c) des Verfahrens liegt der pH-Wert der Suspension zwischen pH = 0,5 und pH = 2,5, bevorzugt zwischen pH = 1 ,0 und pH = 2,3 und besonders bevorzugt zwischen pH = 1 ,5 und pH = 2,0. Der saure Aufschluss nach Schritt (c) kann beispielsweise bei einem pH-Wert von 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1 ,0, 1 ,1 , 1 ,2, 1 ,3, 1 ,4, 1 ,5, 1 ,6 1 ,7, 1 ,8, 1 ,9, 2,0, 2,1 , 2,2, 2,3, 2,3, 2,4, oder 2,5 durchgeführt werden.
Vorteilhafterweise besteht bei dem sauren Aufschluss im Schritt (c) die Flüssigkeit zur Herstellung der wässrigen Suspension zu mehr als 50 Vol%, bevorzugt zu mehr als 60, 70,
80 oder sogar 90 Vol% aus Wasser. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Flüssigkeit kein organisches Lösungsmittel und insbesondere keinen Alkohol. Damit liegt eine wasserbasierte saure Extraktion vor.
Die Inkubation erfolgt bei dem sauren Aufschluss gemäß Schritt (c) bei einer Temperatur zwischen 60°C und 95°C, bevorzugt zwischen 70°C und 90°C und besonders bevorzugt zwischen 75°C und 85°C. Der saure Aufschluss nach Schritt (c) kann beispielsweise bei einer Temperatur von 70°C, 71 °C, 72°C, 73°C, 74°C, 75°C, 76°C, 77°C, 78°C, 79°C, 80°C,
81 °C, 82°C, 83°C, 84°C oder 85°C durchgeführt werden.
Die Inkubation erfolgt bei dem sauren Aufschluss gemäß Schritt (c) über eine Zeitdauer zwischen 60 min und 8 Stunden und bevorzugt zwischen 2 h und 6 Stunden. Der saure Aufschluss nach Schritt (c) kann beispielsweise über eine Zeitdauer von1 ,5 h, 2,0 h, 2,5 h, 3,0 h, 3,5 h, 4,0 h, 4,5 h, 5,0 h, 5,5 h oder 6,0 h durchgeführt werden.
Die wässrige Suspension hat bei dem sauren Aufschluss nach Schritt (c) geeignetermaßen eine Trockenmasse von zwischen 0,5 Gew.% und 20 Gew.%, bevorzugt von zwischen 3 Gew.% und 16 Gew.%, und besonders bevorzugt von zwischen 5 Gew.% und 14 Gew.%. Die Trockenmasse kann bei dem sauren Aufschluss nach Schritt (c) beispielsweise 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 , 12, 13, oder 14 Gew.% betragen. Die wässrige Suspension wird während des Aufschlusses durch Krafteintrag in Bewegung versetzt, geeignetermaßen durch Rühren oder Schütteln. Dies erfolgt bevorzugt in kontinuierlicher Weise, damit die Partikel in der Suspension in der Schwebe gehalten werden.
Im Schritt (d) des Verfahrens kann optional die Zugabe einer Lauge, eines alkalischen Salzes oder eines Puffersystems zu der wässrigen Suspension aus Schritt (c) durchgeführt werden, um hier einen pH-Wert von zwischen pH 3,0 und pH 9,0 einzustellen. Dies hat den Sinn, den optimalen pH-Wert für die folgende Entesterung einzustellen, die entweder als enzymatische Entesterung oder als saure Entesterung durchgeführt werden kann.
Für diese pH-Werteinstellung, die ausgehend von dem stark aciden pH-Wertes des Schrittes (c) eine pH-Werterhöhung darstellt, kann eine Lauge wie NaOH, KOH oder ein alkalisches Salz wie Natriumcarbonat, Natriumhydrogencarbonat, Kaliumcarbonat, oder Kaliumhydrogencarbonat verwendet werden. Alternativ kann auch ein Puffersystem, also ein Gemisch einer schwachen Säure mit ihrer konjugierten Base verwendet werden, dass einen Pufferbereich von zwischen pH 3.0 und pH 9,0 aufweist.
Gemäß Schritt (e) wird die aktivierbare pektin-konvertierte Fasersuspension aus Schritt (c) oder die pH-Wert-angepasste Fasersuspension aus Schritt (d) entestert, d.h. die veresterten Galacturonsäuregruppen des Pektins hydrolysiert. Dies kann einerseits durch eine enzymatische Behandlung mit Pektinmethylesterase (PME) oder alternativ durch eine saure Entesterung erfolgen.
Für die enzymatische Entesterung wird die Fasersuspension mit einer Pektinmethylesterase in Kontakt gebracht und für eine ausreichende Zeitdauer inkubiert.
Durch die Pektinmethylesterase werden im Pektin die Methylester der Galacturonsäuregruppen hydrolysiert unter Bildung von Poly-Galacturonsäure und Methanol. Die dadurch entstehenden niederveresterten Pektine können in Anwesenheit von mehrwertigen Kationen auch ohne Zucker ein Gel bilden und sind zudem in einem breiten pH-Bereich einsetzbar.
Eine Pektinmethylesterase (Abkürzung: PME, EC 3.1.1.11 , auch: Pektindemethoxylase, Pektinmethoxylase) ist ein allgemein verbreitetes Enzym in der Zellwand in allen höheren Pflanzen sowie einigen Bakterien und Pilzen, welches die Methylester der Pektine spaltet und dabei Poly-Galacturonsäure bildet und Methanol freisetzt. Die PME wurde in vielen Isoformen isoliert, die gemäß der Erfindung alle für die enzymatische Entesterung eingesetzt werden können. So wurde die PME in vielen Isoformen sowohl aus pflanzenpathogenen Pilzen wie Aspergillus foetidus und Phytophthora infestans als auch aus höheren Pflanzen, z.B. Tomaten, Kartoffeln und Orangen, isoliert. Die pilzlichen PME entfalten die optimale Aktivität zwischen pH 2,5 und 5,5, während die pflanzlichen PME pH- Optima zwischen pH 5 und 8 aufweisen. Die relative Molekülmasse liegt zwischen 33.000 und 45.000. Das Enzym liegt als Monomer vor und ist glykosyliert. Der KM-Wert liegt zwischen 11 und 40 mM Pektin bei pilzlichen PME und bei 4-22 mM Pektin bei pflanzlichen PME. Die kommerziell erhältlichen Präparationen der PME werden entweder aus den Überständen der pilzlichen Mycelkulturen oder bei Pflanzen aus Früchten (Schalen von Orangen und Zitronen, Tomaten) gewonnen. Die bevorzugt eingesetzten Pektinmethylesterasen haben ein pH-Optimum zwischen 2 und 5 und ein Temperaturoptimum bei 30 bis 50°C, wobei je nach Enzym schon ab 15°C eine nennenswerte Enzymaktivität zu beobachten ist.
Die folgende Tabelle gibt einige Beispiele für kommerziell erhältliche PMEs mit ihren Reaktionsoptima:
Die Zeitdauer der Inkubation mit der Pektinmethylesterase beträgt zwischen 1 Stunde und 10 Stunden, bevorzugt zwischen 2 Stunden und 5 Stunden.
Aufgrund der vorab durchgeführten Prozessschritte liegt eine Suspension mit geringem Trockensubstanzgehalt (< 20 %TS) vor. Die Enzymbehandlung erfolgt dann zweckmäßigerweise in einem Rührbehälter.
Saure Entesterung:
Bei der sauren Entesterung im Schritt (e) des Verfahrens liegt der pH-Wert der Suspension zwischen pH = 1 ,0 und pH = 2,0. Der saure Entesterung nach Schritt (e) kann beispielsweise bei einem pH-Wert von 1 ,1 , 1 ,2, 1 ,3, 1 ,4, 1 ,5, 1 ,6, 1 ,7, 1 ,8 oder 1 ,9 durchgeführt werden. Die saure Entesterung gemäß Schritt (e) erfolgt bei einer Temperatur zwischen 30°C und 60°C. Sie kann beispielsweise bei einer Temperatur von 35°C, 40°C, 45°C, 55°C oder60°C durchgeführt werden.
Die Inkubation erfolgt bei der sauren Entesterung gemäß Schritt (e) über eine Zeitdauer zwischen 30 min bis 10 Tage und bevorzugt zwischen 2 h und 6 Stunden. Der saure Aufschluss nach Schritt (c) kann beispielsweise über eine Zeitdauer von1 ,5 h, 2,0 h, 2,5 h, 3,0 h, 3,5 h, 4,0 h, 4,5 h, 5,0 h, 5,5 h oder 6,0 h durchgeführt werden.
Im Schritt (f) erfolgt dann ein Waschschritt mit einer Waschflüssigkeit, die ein wassermischbares organisches Lösungsmittel umfasst. Hierbei handelt es sich um ein mindestens zweimaliges Waschen mit der Waschflüssigkeit umfassend ein wassermischbares organisches Lösungsmittel.
Mit einem Lösungsmittel ist hierbei mindestens ein Lösungsmittel gemeint, so dass in der Waschflüssigkeit auch zwei, drei oder mehr wassermischbare organische Lösungsmittel enthalten sein können.
Die Waschflüssigkeit besteht bevorzugt zu mehr als 70 Vol.%, besonders bevorzugt zu mehr als 80 Vol.% und insbesondere bevorzugt zu mehr als 85 Vol.% aus dem wassermischbaren organischen Lösungsmittel. Die Waschflüssigkeit kann beispielweise 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% oder 99,5% an wassermischbarem organischem Lösungsmittel enthalten, wobei die Prozente Volumenprozente darstellen. In einer alternativen Ausführungsform besteht die Waschflüssigkeit aus dem organischen wassermischbaren Lösungsmittel.
Der weitere Bestandteil, der sich mit diesem organischen wassermischbaren Lösungsmittel zu 100% ergänzt, ist zweckmäßigerweise Wasser oder ein wässriger Puffer.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind vor allem wassermischbare, thermisch stabile, flüchtige, nur Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff enthaltende Lösungsmittel wie Alkohole, Ether, Ester, Ketone und Acetale geeignet. Vorzugsweise werden Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, Methylethylketon, 1 ,2-Butandiol-1 -methylether, 1 ,2-Propandiol-1-n-propylether oder Aceton verwendet.
Ein organisches Lösungsmittel wird vorliegend als „wassermischbar“ bezeichnet, wenn sie in einer 1 :20 (v/v) Mischung mit Wasser als einphasige Flüssigkeit vorliegt. Allgemein verwendet man zweckmäßig solche Lösungsmittel, die mindestens zu 10 % wassermischbar sind, einen Siedepunkt unter 100°C aufweisen und/oder weniger als 10 Kohlenstoffatome haben.
Das wassermischbare organische Lösungsmittel als Bestandteil der Waschflüssigkeit ist bevorzugt ein Alkohol, der vorteilhafterweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol und Isopropanol. In besonders bevorzugter weise ist es Isopropanol.
Der Waschschritt erfolgt bei einer Temperatur zwischen 40°C und 75°C, bevorzugt zwischen 50°C und 70°C und besonders bevorzugt 60°C und 65°C.
Die Zeitdauer des Inkontaktbringens mit der das wassermischbare organische Lösungsmittel enthaltenden Waschflüssigkeit erfolgt über eine Zeitdauer von zwischen 60 min und 10 h und bevorzugt zwischen 2 h und 8 h.
Jeder Waschschritt mit der ein wassermischbares organisches Lösungsmittel enthaltenden Waschflüssigkeit umfasst ein Inkontaktbringen des Materials mit der Waschflüssigkeit für eine bestimmte Zeitdauer gefolgt von der Abtrennung des Materials von der Waschlösung als Gemisch aus Waschflüssigkeit und vorab vorhandener Flüssigkeit (als Bestandteil der Suspension). Für diese Abtrennung wird bevorzugt ein Dekanter oder eine Presse verwendet.
Bei dem Waschen mit einer, ein wassermischbares organisches Lösungsmittel enthaltenden, Waschflüssigkeit beträgt die Trockenmasse in der Waschlösung von zwischen 0,5 Gew.% und 15 Gew.%, bevorzugt zwischen 1 ,0 Gew.% und 10 Gew.%, und besonders bevorzugt zwischen 1 ,5 Gew.% und 5,0 Gew.%.
Das Waschen mit der ein wassermischbares organisches Lösungsmittel enthaltenden Waschflüssigkeit wird bevorzugt unter mechanischer Bewegung der Waschmixtur durchgeführt. Bevorzugt wird das Waschen in einem Behälter mit Rührwerk durchgeführt.
Bei dem Waschen mit der ein wassermischbares organisches Lösungsmittel enthaltenden Waschflüssigkeit wird in vorteilhafter Weise eine Vorrichtung zur Vergleichmäßigung der Suspension verwendet. Diese Vorrichtung ist bevorzugt ein Zahnkranzdispergierer.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Waschen mit der ein wassermischbares organisches Lösungsmittel enthaltenden Waschflüssigkeit im Gegenstromverfahren. In einer Ausführungsform erfolgt bei dem Waschen mit der ein wassermischbares organisches Lösungsmittel enthaltenden Waschflüssigkeit eine partielle Neutralisation durch Zugabe von Na- oder K-Salzen, NaOH oder KOH.
Bei dem Waschen mit der ein wassermischbares organisches Lösungsmittel enthaltenden Waschflüssigkeit kann zusätzlich auch eine Entfärbung des Materials durchgeführt werden. Diese Entfärbung kann durch Zugabe eines oder mehrerer Oxidationsmittel erfolgen. Beispielhaft seien hier die Oxidationsmittel Chlordioxid und Wasserstoffperoxid erwähnt, die alleine oder in Kombination angewendet werden können.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform nimmt bei dem mindestens zweimaligen Waschen mit einer ein wassermischbares organisches Lösungsmittel enthaltenden Waschflüssigkeit die finale Konzentration des organischen Lösungsmittels in der Lösung mit jedem Waschschritt zu. Durch diesen inkrementell steigenden Anteil an wassermischbarem organischem Lösungsmittel wird der Wasseranteil in dem Fasermaterial kontrolliert verringert, so dass die rheologischen Eigenschaften der Fasern bei den nachfolgenden Schritten zur Lösungsmittelentziehung und Trocknung erhalten bleiben und kein Kollabieren der partiell-aktivierten Faserstruktur erfolgt.
Vorzugsweise beträgt die finale Konzentration des wassermischbaren organischen Lösungsmittels in der gesamten Waschlösung (also der Fasersuspension zusammen mit der zugegebenen Waschflüssigkeit) im ersten Waschschritt zwischen 60 bis 70 ol.-%, im zweiten Waschschritt zwischen 70 und 85 ol.-% und in einem optionalen dritten Waschschritt zwischen 80 und 90 ol.-%.
Gemäß einer Ausführungsform kann bei dem mindestens zweimaligen Waschen im Schritt (f) mit der das organische wassermischbare Lösungsmittel enthaltenden Waschflüssigkeit, diese Waschflüssigkeit beim ersten Waschschritt einen sauren pH-Wert aufweist, der bevorzugt zwischen pH 0,5 und pH 3,0 liegt. Durch diesen aciden pH-Wert werden auch Calcium-Ionen aus der Faser herausgewaschen.
In einem solchen Fall ist es bevorzugt, dass ein zweiter Waschschritt einen schwach sauren bis schwach alkalischen pH-Wert aufweist, so dass die erhaltene Faser bevorzugt zwischen pH 4,0 und pH 6,0 liegt. Durch den weniger sauren pH-Wert wird erreicht, dass die Löslichkeit des Pektins verbessert wird und in der Endanwendung der für ein Lebensmittel typische pH-Wert nicht zu sehr in Richtung sauer verschoben wird. Gemäß dem optionalen Schritt (g) kann das Lösungsmittel zusätzlich durch Inkontaktbringen des Materials mit Wasserdampf verringert werden. Dies wird vorzugsweise mit einem Stripper durchgeführt, bei dem das Material im Gegenstrom mit Wasserdampf als Strippgas in Kontakt gebracht wird.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Material nach dem Schritt (f) oder (g) vor dem Trocknen mit Wasser befeuchtet. Dies geschieht bevorzugt durch Einbringen des Materials in eine Befeuchtungsschnecke und Besprühen mit Wasser.
Im Schritt (h) erfolgt das Trocknen des gewaschenen Materials aus Schritt (f) oder des gestrippten Materials aus Schritt (g), wobei das Trocknen eine Trocknung unter Normaldruck oder mittels Vakuumtrocknung umfasst.
Beispiele für geeignete Trocknungsverfahren mittels Normaldruck sind Wirbelschichttrocknung, Fließbetttrocknung, Bandtrockner, Trommeltrockner oder Schaufeltrockner. Besonders bevorzugt ist hier die Fließbetttrocknung. Diese hat den Vorteil, dass das Produkt aufgelockert getrocknet wird, was den anschließenden Vermahlschritt vereinfacht. Zudem vermeidet die Trocknungsart durch den gut dosierbaren Wärmeeintrag eine Schädigung des Produktes durch lokale Überhitzung.
Die Trocknung unter Normaldruck im Schritt (h) erfolgt zweckmäßigerweise bei einer Temperatur von zwischen 50°C und 130°C, bevorzugt von zwischen 60°C und 120°C und besonders bevorzugt von zwischen 70°C und 110°C. Im Anschluss an die Trocknung wird das Produkt zweckmäßigerweise auf Raumtemperatur abgekühlt.
In einer alternativen Ausführungsform umfasst das Trocknen gemäß Schritt (h) eine Vakuumtrocknung und besteht bevorzugt aus einer Vakuumtrocknung. Bei der Vakuumtrocknung wird das gewaschene Material als Trockengut einem Unterdrück ausgesetzt, was den Siedepunkt reduziert und somit auch bei niedrigen Temperaturen zu einer Verdampfung des Wassers führt. Die dem Trockengut kontinuierlich entzogene Verdampfungswärme wird geeigneterweise bis zur Temperaturkonstanz von außen nachgeführt. Die Vakuumtrocknung hat den Effekt, dass sie den Gleichgewichtsdampfdruck erniedrigt, was den Kapillartransport begünstigt. Dies hat sich insbesondere für das vorliegende Apfelfasermaterial als vorteilhaft herausgestellt, da hierdurch die aktivierten geöffneten Faserstrukturen und damit die hieraus resultierenden rheologischen Eigenschaften erhalten bleiben. Vorzugsweise erfolgt die Vakuumtrocknung bei einem absoluten Unterdrück von weniger als 400 mbar, bevorzugt von weniger als 300 mbar, weiterhin bevorzugt von weniger als 250 mbar und insbesondere bevorzugt von weniger als 200 mbar.
Die Trocknung unter Vakuum im Schritt (h) erfolgt zweckmäßigerweise bei einer Mantel- Temperatur von zwischen 40°C und 100°C, bevorzugt von zwischen 50°C und 90°C und besonders bevorzugt von zwischen 60°C und 80°C. Im Anschluss an die Trocknung wird das Produkt zweckmäßigerweise auf Raumtemperatur abgekühlt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren nach dem Trocknen in Schritt (h) zusätzlich einen Zerkleinerungs-, Vermahlungs- oder Siebschritt. Dieser ist vorteilhafterweise so ausgestaltet, dass als Ergebnis 90% der Partikel eine Korngröße von weniger 450 pm, bevorzugt eine Korngröße von weniger als 350 pm und insbesondere eine Korngröße von weniger als 250 pm aufweisen. Bei dieser Korngröße ist die Faser gut dispergierbar und zeigt ein optimales Quellvermögen.
In einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung eine entesterte Fruchtfaser bereit, die durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren erhältlich ist.
Die entesterte Citrusfaser
In einem dritten Aspekt stellt die Erfindung eine aktivierbare Citrusfaser bereit, die einen wasserlöslichen Pektingehalt von 10 bis 35 Gew.% aufweist und bei der das Pektin einen Veresterungsgrad von weniger als 50% aufweist und somit ein niederverestertes Pektin ist. Diese aktivierbare pektinhaltige, niedrigveresterte Citrusfaser wird im Rahmen der Erfindung auch kurz als „entesterte Citrusfaser“ bezeichnet. Diese entesterte Citrusfaser ist vorzugsweise durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlich oder wird dadurch erhalten.
Die aktivierbare Citrusfaser weist vorteilhafterweise einen wasserlöslichen Pektingehalt von zwischen 10 Gew.% und 35 Gew.% und besonders bevorzugt von zwischen 15 und 30 Gew.% auf. Der Gehalt an wasserlöslichem Pektin in der aktivierbaren pektinhaltigen Citrusfaser kann beispielsweise 10 Gew%, 11 Gew%, 12 Gew%, 13 Gew%, 14 Gew%, 15 Gew%, 16 Gew%, 17 Gew%, 18 Gew%, 19 Gew%, 20 Gew%, 21 Gew%, 22 Gew%, 23 Gew%, 24 Gew%, 25 Gew%, 26 Gew%, 27 Gew%, 28Gew%, 29 Gew% oder 30 Gew% betragen.
Die entesterte Citrusfaser weist hinsichtlich Texturierungs- und Viskosifizierungsverhalten vorteilhafte Eigenschaften auf, was durch die Fließgrenze bzw. durch die dynamische Weissenbergzahl ablesbar ist. Die entesterte Citrusfaser kann entsprechend eine oder mehrere der folgenden Charakteristika hinsichtlich Fließgrenze und dynamischer Weissenbergzahl aufweisen und vorteilhafterweise alle diese Charakteristika erfüllen.
In einer Ausführungsform hat die entesterte Citrusfaser in einer 2,5 Gew.%igen wässrigen Suspension eine Fließgrenze II (Rotation) von größer 0,1 Pa, vorteilhafterweise von größer 0,6 Pa, und besonders vorteilhafterweise von 1 ,0 Pa.
Vorteilhafterweise hat die entesterte Citrusfaser in einer 2,5 Gew.%igen wässrigen Suspension eine Fließgrenze II (Cross Over) von größer 0,1 Pa, vorteilhafterweise von größer 0,4 Pa und besonders vorteilhafterweise von größer 0,6 Pa.
Die entesterte Citrusfaser kann in einer 2,5 Gew%igen wässrigen Dispersion eine Fließgrenze i (Rotation) von größer 1 ,0 Pa, vorteilhafterweise von größer 3,5 Pa und besonders vorteilhafterweise von größer 5,5 Pa aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform hat die entesterte Citrusfaser in einer 2,5 Gew%igen wässrigen Dispersion eine Fließgrenze I (Cross Over) von größer 1 ,0 Pa, vorteilhafterweise von größer 4,0 Pa und besonders vorteilhafterweise von größer 6,0 Pa.
Vorteilhafterweise hat die entesterte Citrusfaser in einer 2,5 Gew%igen wässrigen Suspension eine dynamische Weissenbergzahl von größer 5,5, vorteilhafterweise von größer 6,5 und besonders vorteilhaft von größer 8,0.
Geeigneterweise hat die entesterte Citrusfaser in einer 2,5 Gew%igen wässrigen Dispersion eine dynamische Weissenbergzahl von größer 6,0 vorteilhafterweise von größer 7,0 und besonders vorteilhaft von größer 8,5.
Für die entesterte Citrusfaser können die Merkmale der vorstehenden beschriebenen Charakteristika hinsichtlich Fließgrenze und dynamischer Weissenbergzahl gegebenenfalls auch in beliebiger Permutation kombiniert werden. So kann die erfindungsgemäße entesterte Citrusfaser in einer speziellen Ausführungsform alle Merkmale hinsichtlich Fließgrenze und dynamischer Weissenbergzahl aufweisen, wobei diese entesterte Citrusfaser vorzugsweise durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlich ist oder dadurch erhalten wird.
Zur Bestimmung der Fließgrenze I (Rotation), Fließgrenze I (Cross over), und der dynamischen Weissenbergzahl in einer 2,5 Gew.%igen Dispersion wird die entesterte Citrusfaser entsprechend der in den Beispielen offenbarten Methode als 2,5 Gew.%ige Lösung dispergiert, die Messung erfolgt nach 1 h bei 20°C.
Zur Bestimmung der Fließgrenze II (Rotation), der Fließgrenze II (Cross Over) und der dynamischen Weissenbergzahl in einer 2,5 Gew.%igen Suspension wird die entesterte Citrusfaser entsprechend der in den Beispielen offenbarten Methode als 2,5 Gew.%ige Lösung suspendiert, die Messung erfolgt nach 1 h bei 20°C.
Die entesterte Citrusfaser hat nach einer vorteilhaften Ausführungsform in einer wässrigen 4 Gew.%igen Suspension eine Festigkeit von größer 100 g hat, bevorzugt von größer 125 g und besonders bevorzugt von größer 150 g.
Die entesterte Citrusfaser hat nach einer besonderen Ausführungsform in einer Zusammensetzung mit 22°Brix und 2,5 Gew% Faserkonzentration eine Bruchfestigkeit von größer 50 HPE, vorteilhaft von größer 150 HPE und noch vorteilhafter von größer 250 HPE. Die vergleichsweise hohe Bruchfestigkeit ist auf das niederveresterte Pektin zurückzuführen. Die Bruchfestigkeit kann für 2,5 Gew% Faserkonzentration bei 22°Brix beispielsweise 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210, 220, 230, 240, 250, 270, 300 oder 400 HPE aufweisen.
Die entesterte Apfelfaser oder Citrusfaser hat nach einer besonderen Ausführungsform in einer Zusammensetzung mit 40°Brix und 2,5 Gew% Faserkonzentration eine Bruchfestigkeit von größer 250 HPE, vorteilhaft von größer 500 HPE und noch vorteilhafter von größer 700 HPE. Die vergleichsweise hohe Bruchfestigkeit ist auf das niederveresterte Pektin zurückzuführen. Die Bruchfestigkeit kann für 2,5 Gew% Faserkonzentration bei 40°Brix beispielsweise 250, 300, 350 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 800, 900 oder 1000 HPE aufweisen.
Der Begriff „Bruchfestigkeit“ ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Maß für die Festigkeit eines Gels, welches mit Saccharose in einer Pufferlösung bei pH ca. 3,0 hergestellt wird und sich bei 22°Brix oder 40°Brix ausbildet. Die Bruchfestigkeit wird nach zweistündigem Abkühlen im Wasserbad bei 20 °C bestimmt. Die Bestimmung der Bruchfestigkeit erfolgt mittels des Herbstreith-Pektinometers Mark IV oder einem entsprechenden Vorläufermodell. Die angewandte Methode wird nachfolgend als Bruchfestigkeitstest bezeichnet, der Messwert als Bruchfestigkeit, die Maßeinheit sind Herbstreith- Pektinometer-Einheiten (HPE). Vorzugsweise weist die entesterte Citrusfaser eine Viskosität von zwischen größer 300 mPas, bevorzugt von größer 400 mPas, und besonders bevorzugt von größer 500 mPas auf, wobei die entesterte Citrusfaser in Wasser als 2,5 Gew.%ige Lösung dispergiert wird und die Viskosität mit einer Scherrate von 50 s -1 bei 20°C gemessen wird. Die entesterte Citrusfaser kann beispielsweise eine Viskosität von 325, 350, 375, 400, 425, 450, 475, 500, 525, 550, 575, 600, 625, 650, 675, 700, 725, 750, 775, 800, 825, 850, 875, 900, 925, 950, 975 oder 1000 mPas aufweisen.
Zur Viskositätsbestimmung wird die Citrusfaser in demineralisiertem Wasser mit der in den Bespielen offenbarten Methode als 2,5 Gew.%ige Lösung dispergiert und die Viskosität bei 20°C und vier Scherabschnitten (erster und dritter Abschnitt = konstantes Profil; zweiter und vierter Abschnitt = lineare Rampe; Auswertung jeweils bei einer Schergeschwindigkeit von 50 s' 1 ) bestimmt (Rheometer; Physica MCR Serie, Messkörper CC25 (entspricht Z3 DIN), Fa. Anton Paar, Graz, Österreich). Eine entesterte Citrusfaser mit dieser hohen Viskosität hat den Vorteil, dass für das Andicken des Endprodukts geringere Mengen an Fasern notwendig sind. Zudem erzeugt die Faser damit eine cremige Textur.
Die entesterte Citrusfaser hat vorteilhafterweise ein Wasserbindevermögen von mehr als 22 g/g, bevorzugt von mehr als 24 g/g, besonders bevorzugt von mehr als 26 g/g. Ein solch vorteilhaft hohes Wasserbindevermögen führt zu einer hohen Viskosität und über diese dann auch zu einem geringeren Faserverbrauch bei cremiger Textur.
Gemäß einer Ausführungsform weist die entesterte Citrusfaser eine Feuchtigkeit von weniger als 15%, bevorzugt von weniger als 10% und besonders bevorzugt von weniger als 8% auf.
Es ist auch bevorzugt, dass die entesterte Citrusfaser in 1 ,0 Gew.%iger wässriger Suspension einen pH-Wert von 3,0 bis 7,0 und bevorzugt von 4,0 bis 6,0 aufweist.
Die entesterte Citrusfaser hat vorteilhaftweise eine Korngröße, bei der mindestens 90% der Partikel kleiner als 450 pm, bevorzugt kleiner als 350 pm und insbesondere kleiner als 250 pm sind.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform hat die entesterte Citrusfaser einen Helligkeitswert L* > 84, bevorzugt von L* > 86 und besonders bevorzugt von L* > 88. Damit sind die Citrusfasern nahezu farblos und führen bei einem Einsatz in Lebensmittelprodukten nicht zu einer nennenswerten Verfärbung der Produkte. ln vorteilhafter Weise hat die die entesterte Citrusfaser einen Ballaststoffgehalt von 80 bis 95%.
Aufgrund des sauren Aufschlusses ist das Pektin der Citrusfaser dahingehend geändert worden, dass das unlösliche Protopektin in lösliches Pektin konvertiert wird, so dass die entesterte Citrusfaser ca. 35 Gew.% oder weniger an wasserlöslichem Pektin aufweist.
Bei diesem konvertierten Pektin handelt es sich durch den anschließenden enzymatischen Entesterungsschritt um niedrigverestertes Pektin. Unter einem niedrigveresterten Pektin wird erfindungsgemäß ein Pektin verstanden, das einen Veresterungsgrad von weniger als 50% besitzt. Der Veresterungsgrad beschreibt den prozentualen Anteil der Carboxylgruppen in den Galacturonsäure-Einheiten des Pektins, welche in veresterter Form vorliegen, z.B. als Methylester. Der Veresterungsgrad kann mittels der Methode nach JECFA (Monograph 19-2016, Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives) bestimmt werden. Durch die Kombination aus Entpektinisierung und Entesterung wird damit die erfindungsgemäße Citrusfaser erhalten, die im Rahmen der Erfindung als „entesterte Citrusfaser“ bezeichnet wird.
Die entesterte Apfelfaser
In einem vierten Aspekt stellt die Erfindung eine aktivierbare pektinhaltige, niederveresterte Apfelfaser bereit, die einen Pektingehalt von 5 Gew.% oder mehr aufweist und bei der das Pektin einen Veresterungsgrad von weniger als 50% aufweist und somit ein niederverestertes Pektin ist. Diese aktivierbare pektinhaltige niedrigveresterte Apfelfaser wird im Rahmen der Erfindung auch kurz als „entesterte Apfelfaser“ bezeichnet. Diese entesterte Apfelfaser ist vorzugsweise durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlich oder wird dadurch erhalten.
Die aktivierbare Apfelfaser weist vorteilhafterweise einen wasserlöslichen Pektingehalt von zwischen 5 Gew.% und 22 Gew.% und besonders bevorzugt von zwischen 8 und 15 Gew.% auf. Der Gehalt an wasserlöslichem Pektin in der aktivierbaren pektinhaltigen Apfelfaser kann beispielsweise 8 Gew%, 9 Gew%, 10 Gew%, 11 Gew%, 12 Gew%, 13 Gew%, 14 Gew%, 16 Gew.%, 17 Gew%, 18 Gew%, 19 Gew%, 20 Gew%, 21 Gew% oder 22 Gew% betragen.
Die entesterte Apfelfaser weist hinsichtlich Texturierungs- und Viskosifizierungsverhalten vorteilhafte Eigenschaften auf, was durch die Fließgrenze bzw. durch die dynamische Weissenbergzahl ablesbar ist. Die entesterte Apfelfaser kann entsprechend eine oder mehrere der folgenden Charakteristika hinsichtlich Fließgrenze und dynamischer Weissenbergzahl aufweisen und vorteilhafterweise alle diese Charakteristika erfüllen.
In einer Ausführungsform hat die entesterte Apfelfaser in einer 2,5 Gew.%igen wässrigen Suspension eine Fließgrenze II (Rotation) von größer 0,1 Pa, vorteilhafterweise von größer 0,6 Pa, und besonders vorteilhafterweise von größer 1 ,0 Pa.
Vorteilhafterweise hat die entesterte Apfelfaser in einer 2,5 Gew.%igen wässrigen Suspension eine Fließgrenze II (Cross Over) von größer 0,1 Pa, vorteilhafterweise von größer 0,4 Pa und besonders vorteilhafterweise von größer 0,6 Pa.
Die entesterte Apfelfaser kann in einer 2,5 Gew%igen wässrigen Dispersion eine Fließgrenze i (Rotation) von größer 1 ,0 Pa, vorteilhafterweise von größer 3,5 Pa und besonders vorteilhafterweise von größer 5,5 Pa aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform hat die entesterte Apfelfaser in einer 2,5 Gew%igen wässrigen Dispersion eine Fließgrenze I (Cross Over) von größer 1 ,0 Pa, vorteilhafterweise von größer 4,0 Pa und besonders vorteilhafterweise von größer 6,0 Pa.
Vorteilhafterweise hat die entesterte Apfelfaser in einer 2,5 Gew%igen wässrigen Suspension eine dynamische Weissenbergzahl von größer 5,5, vorteilhafterweise von größer 6,5 und besonders vorteilhaft von größer 8,0.
Geeigneterweise hat die entesterte Apfelfaser in einer 2,5 Gew%igen wässrigen Dispersion eine dynamische Weissenbergzahl von größer 6,0 vorteilhafterweise von größer 7,0 und besonders vorteilhaft von größer 8,5.
Für die entesterte Apfelfaser können die Merkmale der vorstehenden beschriebenen Charakteristika hinsichtlich Fließgrenze und dynamischer Weissenbergzahl gegebenenfalls auch in beliebiger Permutation kombiniert werden. So kann die erfindungsgemäße entesterte Apfelfaser in einer speziellen Ausführungsform alle Merkmale hinsichtlich Fließgrenze und dynamischer Weissenbergzahl aufweisen, wobei diese entesterte Apfelfaser vorzugsweise durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlich ist oder dadurch erhalten wird.
Zur Bestimmung der Fließgrenze I (Rotation), Fließgrenze I (Cross over), und der dynamischen Weissenbergzahl in einer 2,5 Gew.%igen Dispersion wird die entesterte Apfelfaser entsprechend der in den Beispielen offenbarten Methode als 2,5 Gew.%ige Lösung dispergiert, die Messung erfolgt nach 1 h bei 20°C. Zur Bestimmung der Fließgrenze II (Rotation), der Fließgrenze II (Cross Over) und der dynamischen Weissenbergzahl in einer 2,5 Gew.%igen Suspension wird die entesterte Apfelfaser entsprechend der in den Beispielen offenbarten Methode als 2,5 Gew.%ige Lösung suspendiert, die Messung erfolgt nach 1 h bei 20°C.
Die entesterte Apfelfaser hat nach einer vorteilhaften Ausführungsform in einer wässrigen 4 Gew.%igen Suspension eine Festigkeit von größer 100 g hat, bevorzugt von größer 125 g und besonders bevorzugt von größer 150 g.
Die entesterte Apfelfaser hat nach einer besonderen Ausführungsform in einer Zusammensetzung mit 22°Brix und 2,5 Gew% Faserkonzentration eine Bruchfestigkeit von 50 HPE bis 200 HPE, vorteilhaft von 80 HPE bis 170 HPE und noch vorteilhafter von 110 HPE bis 150 HPE aufweist. Die vergleichsweise hohe Bruchfestigkeit ist auf das niederveresterte Pektin zurückzuführen. Die Bruchfestigkeit kann für 2,5 Gew% Faserkonzentration bei 22°Brix beispielsweise 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165, 170, 175, 180, 185, 190, 195 oder 200 HPE aufweisen.
Die entesterte Apfelfaser hat nach einer besonderen Ausführungsform in einer Zusammensetzung mit 40°Brix und 2,5 Gew% Faserkonzentration eine Bruchfestigkeit von 180 HPE bis 380 HPE, vorteilhaft von 230 HPE bis 330 HPE und noch vorteilhafter von 250 HPE bis 300 HPE aufweist. Die vergleichsweise hohe Bruchfestigkeit ist auf das niederveresterte Pektin zurückzuführen. Die Bruchfestigkeit kann für 2,5 Gew% Faserkonzentration bei 40°Brix beispielsweise 230, 240, 250, 260, 270, 280, 290, 300, 310, 320, oder 330 HPE aufweisen.
Der Begriff „Bruchfestigkeit“ ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Maß für die Festigkeit eines Gels, welches mit Saccharose in einer Pufferlösung bei pH ca. 3,0 hergestellt wird und sich bei 22°Brix oder 40°Brix ausbildet. Die Bruchfestigkeit wird nach zweistündigem Abkühlen im Wasserbad bei 20 °C bestimmt. Die Bestimmung der Bruchfestigkeit erfolgt mittels des Herbstreith-Pektinometers Mark IV oder einem Vorläufermodell. Die angewandte Methode wird nachfolgend als Bruchfestigkeitstest bezeichnet, der Messwert als Bruchfestigkeit, die Maßeinheit sind Herbstreith-Pektinometer-Einheiten (HPE).
Vorzugsweise weist die entesterte Apfelfaser eine Viskosität von größer 300 mPas, bevorzugt von größer 400 mPas, und besonders bevorzugt von größer 500 mPas auf, wobei die entesterte Apfelfaser in Wasser als 2,5 Gew.%ige Lösung dispergiert wird und die Viskosität mit einer Scherrate von 50 s -1 bei 20°C gemessen wird. Die entesterte Apfelfaser kann beispielsweise eine Viskosität von 325, 350, 375, 400, 425, 450, 475, 500, 525, 550, 575, 600, 625, 650, 675, 700, 725, 750, 775, 800, 825, 850, 875, 900, 925, 950, 975 oder 1000 mPas aufweisen.
Zur Viskositätsbestimmung wird die Apfelfaser in demineralisiertem Wasser mit der in den Beispielen offenbarten Methode als 2,5 Gew.%ige Lösung dispergiert und die Viskosität bei 20°C und vier Scherabschnitten (erster und dritter Abschnitt = konstantes Profil; zweiter und vierter Abschnitt = lineare Rampe; Auswertung jeweils bei einer Schergeschwindigkeit von 50 s' 1 ) bestimmt (Rheometer; Physica MCR Serie, Messkörper CC25 (entspricht Z3 DIN), Fa. Anton Paar, Graz, Österreich). Eine entesterte Apfelfaser mit dieser hohen Viskosität hat den Vorteil, dass für das Andicken des Endprodukts geringere Mengen an Fasern notwendig sind. Zudem erzeugt die Faser damit eine cremige Textur.
Die entesterte Apfelfaser hat vorteilhafterweise ein Wasserbindevermögen von mehr als 22 g/g, bevorzugt von mehr als 24 g/g, besonders bevorzugt von mehr als 26 g/g. Ein solch vorteilhaft hohes Wasserbindevermögen führt zu einer hohen Viskosität und über diese dann auch zu einem geringeren Faserverbrauch bei cremiger Textur.
Gemäß einer Ausführungsform weist die entesterte Apfelfaser eine Feuchtigkeit von weniger als 15%, bevorzugt von weniger als 10% und besonders bevorzugt von weniger als 8% auf.
Es ist auch bevorzugt, dass die entesterte Apfelfaser in 1 ,0 Gew.%iger wässriger Suspension einen pH-Wert von 3,0 bis 7,0 und bevorzugt von 4,0 bis 6,0 aufweist.
Die entesterte Apfelfaser hat vorteilhaftweise eine Korngröße, bei der mindestens 90% der Partikel kleiner als 450 pm, bevorzugt kleiner als 350 pm und insbesondere kleiner als 250 pm sind.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform hat die entesterte Apfelfaser einen Helligkeitswert L* > 60, bevorzugt von L* > 61 und besonders bevorzugt von L* > 62. Damit sind die Apfelfasern nahezu farblos und führen bei einem Einsatz in Lebensmittelprodukten nicht zu einer nennenswerten Verfärbung der Produkte.
In vorteilhafter Weise hat die entesterte Apfelfaser einen Ballaststoffgehalt von 80 bis 95%.
Bei dem Pektin der entesterten Apfelfaser handelt es sich durch den Entesterungsschritt um niedrigverestertes Pektin. Unter einem niedrigveresterten Pektin wird erfindungsgemäß ein Pektin verstanden, das einen Veresterungsgrad von weniger als 50% besitzt. Der Veresterungsgrad beschreibt den prozentualen Anteil der Carboxylgruppen in den Galacturonsäure-Einheiten des Pektins, welche in veresterter Form vorliegen, z.B. als Methylester. Der Veresterungsgrad kann mittels der Methode nach JEFCA (Monograph 19- 2016, Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives) bestimmt werden. Durch die Kombination aus Entesterung und optional vorgeschalteter schonender Teilextraktion wird die erfindungsgemäße Apfelfaser erhalten, die im Rahmen der Erfindung als „entesterte Apfelfaser“ bezeichnet wird.
In einem fünften Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen entesterten Fruchtfaser, die bevorzugt eine entesterte Citrus- oder Apfelfaser ist, als Verdickungsmittel oder Strukturmittel in einem Lebensmittelerzeugnis, einem Futterprodukt, einem Getränk oder Nahrungsergänzungsmittel oder in einem kosmetischen Erzeugnis.
In einem sechsten Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung der entesterten aktivierbaren Citrusfaser oder der entesterten aktivierbaren Apfelfaser zur Herstellung eines thermoreversiblen Gels. Dies bedeutet, dass das durch thermische Behandlung, also durch Erhitzen verflüssigte Gel nach Abkühlen wieder ein Gel bildet, ohne dass die Festigkeit signifikant abnimmt. Ein solches Verhalten wurde auch nach mehreren Verflüssigungs-Gelierungs-Zyklen beobachtet. Dies stellt eine für Fruchtfasern neuartige und für die Anwendung besonders vorteilhafte Eigenschaft dar.
In einem siebten Aspekt betrifft die Erfindung eine Mischung umfassend die erfindungsgemäße Fruchtfaser, die bevorzugt eine entesterte Citrus- oder Apfelfaser ist, und ein lösliches Pektin, welches entweder ein niedrig verestertes oder ein hoch verestertes oder niedrig verestertes amidiertes Pektin oder Mischungen davon sein kann.
In einem achten Aspekt betrifft die Erfindung ein Lebensmittelerzeugnis, ein Futterprodukt oder ein Getränk, das unter Verwendung der erfindungsgemäßen entesterten Fruchtfaser, die bevorzugt eine entesterte Citrus- oder Apfelfaser ist, hergestellt worden ist.
Definitionen
Eine Fruchtfaser gemäß der Erfindung ist eine Pflanzenfaser, also eine Faser, die aus einer nichtverholzten pflanzlichen Zellwand isoliert wird und hauptsächlich aus Cellulose besteht, und die hierbei aus einer Frucht isoliert wird. Unter einer Frucht ist hierbei die Gesamtheit der Organe einer Pflanze zu verstehen, die aus einer Blüte hervorgehen, wobei sowohl die klassischen Obstfrüchte als auch Fruchtgemüse enthalten sind.
Eine „Apfelfaser“ gemäß der Anmeldung ist eine hauptsächlich aus Fasern bestehende Komponente, die aus einer nichtverholzten pflanzlichen Zellwand eines Apfels isoliert wird und hauptsächlich aus Cellulose besteht. Der Begriff der Faser stellt in gewisser Hinsicht ein Misnomer dar, weil die Apfelfasern makroskopisch nicht als Fasern in Erscheinung treten, sondern ein pulverförmiges Produkt darstellen. Weitere Bestandteile der Apfelfaser sind unter anderem Hemicellulose und Pektin.
Die Apfelfaser kann aus allen dem Fachmann bekannten Kulturäpfeln (malus domesticus) gewonnen werden. Als Ausgangsmaterial können hier vorteilhafterweise Verarbeitungsrückstände von Äpfeln eingesetzt werden. Als Ausgangsmaterial kann entsprechend Apfelschale, Kerngehäuse, Kerne oder Fruchtfleisch oder eine Kombination hiervon verwendet werden. In bevorzugter Weise wird als Ausgangsmaterial Apfeltrester verwendet, also die Pressrückstände von Äpfeln, die neben den Schalen typischerweise auch die oben genannten Bestandteile enthalten.
Eine Citrusfaser gemäß der Anmeldung ist eine hauptsächlich aus Fasern bestehende Komponente, die aus einer nichtverholzten pflanzlichen Zellwand einer Citrusfrucht isoliert wird und hauptsächlich aus Cellulose besteht. Der Begriff der Faser stellt in gewisser Hinsicht ein Misnomer dar, weil die Citrusfasern makroskopisch nicht als Fasern in Erscheinung treten, sondern ein pulverförmiges Produkt darstellen. Weitere Bestandteile der Citrusfaser sind unter anderem Hemicellulose und Pektin.
Eine aktivierbare, entesterte, pektin-konvertierte Citrusfaser gemäß der vorliegenden Anmeldung ist durch den Gehalt von 10 bis 35 Gew% an wasserlöslichem Pektin definiert, wobei dieses Pektin ein niederverestertes Pektin ist.
Eine aktivierbare, entesterte, pektin-konvertierte Apfelfaser gemäß der vorliegenden Anmeldung ist durch den Gehalt von 5 bis 22 Gew% an wasserlöslichem Pektin definiert, wobei dieses Pektin ein niederverestertes Pektin ist.
Ein Pektin gemäß der Anmeldung ist definiert als ein pflanzliches Polysaccharid, das als Polyuronid im Wesentlichen aus a-1 ,4-glycosidisch verknüpften D-Galacturonsäure- Einheiten besteht. Die Galacturonsäureeinheiten sind partiell mit Methanol verestert. Der Veresterungsgrad beschreibt den prozentualen Anteil der Carboxylgruppen in den Galacturonsäure-Einheiten des Pektins, welche in veresterter Form vorliegen, z.B. als Methylester.
Unter einem niedrigveresterten Pektin wird erfindungsgemäß ein Pektin verstanden, das einen Veresterungsgrad von weniger als 50% besitzt. Der Veresterungsgrad beschreibt den prozentualen Anteil der Carboxylgruppen in den Galacturonsäure-Einheiten des Pektins, welche in veresterter Form vorliegen, z.B. als Methylester. Der Veresterungsgrad kann mittels der Methode nach JECFA (Monograph 19-2016, Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives) bestimmt werden.
An dieser Stelle sei explizit darauf hingewiesen, dass Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen und/oder Figuren beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch kombiniert werden können, um die erläuterten Merkmale, Effekte und Vorteile entsprechend kumuliert umsetzen bzw. erzielen zu können.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination miteinander gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Es sei noch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung unbestimmte Artikel und Zahlenangaben wie „ein“, „zwei“ usw. im Regelfall als „mindestens“-Angaben zu verstehen sein sollen, also als „mindestens ein...“, „mindestens zwei...“ usw., sofern sich nicht aus dem jeweiligen Kontext ausdrücklich ergibt oder es für den Fachmann offensichtlich oder technisch zwingend ist, dass dort nur „genau ein...“, „genau zwei...“ usw. gemeint sein können.
Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.
Figurenlegenden
Fig. 1 : Fließdiagramm zur schematischen Darstellung eines Herstellungsverfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Citrus- bzw. Apfelfaser.
Fig. 2: Graphische Darstellung der Bruchfestigkeit HPE als Funktion der Faserkonzentration. Es wurden Suspensionen mit 1 ,5, 2,5, 3,0, 3,5 und 4,1 Gew.% Faserkonzentration jeweils für 22° und 40°Brix vermessen. Zudem wurde in einer Testdurchführung 8% an Natriumpolyphosphat (bezogen auf die Faser) zugegeben.
Fig. 3 zeigt in (A) eine tabellarische Darstellung und in (B) eine grafische Darstellung zur Thermoreversibilität der mit der erfindungsgemäßen Citrusfaser erzielten Gelbildung.
Fig. 4 zeigt die Viskosität einer 2,5 Gew.%igen Faserdispersion mit einer erfindungsgemäßen Citrusfaser ohne Zugabe an Natriumpolyphosphat (Na-PP) oder mit Zugabe von 2, 4, 8 oder 10 Gew.% Na-PP. Die Viskositätsbestimmung wurden an Proben durchgeführt, die in der Herstellung in (A) mit 70% Isopropanol (IPA), in (b) mit 60% IPA und in (C) mit 50% IPA gewaschen wurden, wobei folgende Waschbedingungen verglichen wurden:
• Keine Säuren-/Basenzugabe (Angabe 50, 60,70% IPA)
• Zugabe an Salpetersäure im 1. Waschschritt (IPA/HNO3)
• Zugabe an Salpetersäure/Na-PP im 1. Waschschritt (IPA/HNO3/Na-PP)
• Zugabe an Salzsäure im 1 . Waschschritt (IPA/HCL)
• Zugabe an Citronensäure im 1. Waschschritt (IPA/CS)
• Zugabe an Ammoniaklösung im 2. Waschschritt (IPA/NH3)
• Zugabe an Ammoniaklösung plus EDTA im 2. Waschschritt (IPA/NH3/EDTA)
Fig. 5 zeigt eine tribologische Charakterisierung einer Faserdispersion in Abhängigkeit von der Konzentration der Faser in der Dispersion (1 ,5%, 2.5%, 3,5%, 4,5%, 5%) anhand der Reibzahl p.
Fig. 6 zeigt in (A) eine tabellarische Darstellung und in (B) eine grafische Darstellung zur Thermoreversibilität der mit der erfindungsgemäßen Citrusfaser erzielten Gelbildung bei verschiedenen Aufschmelztemperaturen, nämlich 60, 70, 80 und 100°C.
Ausführungsbeispiele
Die hier gezeigten Ausführungsformen stellen nur Beispiele für die vorliegende Erfindung dar und dürfen daher nicht einschränkend verstanden werden. Alternative durch den Fachmann in Erwägung gezogene Ausführungsformen sind gleichermaßen vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst. 1. Beschreibung des Herstellungsverfahrens anhand eines groben Fließbildes
In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer aktivierbaren pektinkonvertierten Citrus- oder Apfelfaser gemäß der Erfindung als Fließdiagramm schematisch dargestellt. Ausgehend von dem Citrus-Trester bzw. Apfeltrester wird der Trester durch den sauren Aufschluss bei einem pH-Wert zwischen 2,5 und 5,0 aufgeschlossen und hierbei ein Teil des vorhandenen Protopektins in Lösung gebracht, das anschließend als hochwertiges Pektin von dem Fasermaterial durch eine Fest-Flüssigtrennung (z.B. mit einem Dekanter oder einem Separator) abgetrennt wird. Da dieser Aufschlussschritt optional ist, wurde er im Diagramm mit einem gestrichelten Rahmen versehen. In dem darauffolgenden Aufschluss wird das Fasermaterial, das nach saurer Vorinkubation und Abtrennung des Pektins anfällt, durch Inkubation in einer aciden Lösung bei einem pH-Wert zwischen 0,5 und 2,5 und einer Temperatur zwischen 70° bis 80°C aufgeschlossen und weiteres Pektin extrahiert. Anschließend werden zwei Waschschritte mit einer alkoholhaltigen Waschflüssigkeit mit jeweils anschließender Fest-Flüssigtrennung mittels Dekanter durchgeführt. Hierbei weist die alkoholhaltige Waschflüssigkeit im ersten Waschschritt einen sauren pH und im zweiten Waschschritt einen basischen pH-Wert auf. Da die pH-Wertanpassung in diesen beiden Waschschritten optional ist, wurde sie kursiv dargestellt. Im nächsten Schritt erfolgt schließlich das schonende Trocknen der Fasern mittels einer Fließbetttrocknung, gefolgt von einem Vermahlungs- und Siebschritt, um dann die erfindungsgemäßen Citrus- bzw. Apfelfasern zu erhalten.
2. Testmethode zur Bestimmung der Fließgrenze (Rotationsmessung)
Messprinzip:
Diese Fließgrenze macht eine Aussage über die Strukturstärke und wird im Rotationsversuch bestimmt, indem die Schubspannung, die auf die Probe wirkt, über die Zeit so lange erhöht wird, bis die Probe anfängt zu fließen.
Schubspannungen, die unterhalb der Fließgrenze liegen, verursachen lediglich eine elastische Deformation, die erst bei Schubspannungen oberhalb der Fließgrenze in ein Fließen mündet. Bei dieser Bestimmung wird dieses messtechnisch durch das Überschreiten einer festgelegten Mindest-Schergeschwindigkeit Y erfasst. Gemäß der vorliegenden Methode ist die Fließgrenze T 0 [Pa] bei der Schergeschwindigkeit Y > 0.1 s -1 überschritten. Messgerät: Rheometer Physica MCR-Serie (z.B. MCR 301 , MCR 101)
Messsystem: Z3 DIN bzw. CC25
Messbecher: CC 27 P06 (geriffelter Messbecher)
Anzahl Messabschnitte: 3
Messtemperatur: 20 °C
Messparameter:
1. Abschnitt (Ruhephase):
Abschnittseinstellungen: - Vorgabegröße: Schubspannung [Pa]
- Wert: 0 Pa konstant
- Abschnittsdauer: 180 s
- Temperatur: 20 °C
2. Abschnitt (Bestimmung der Fließgrenze nach Rotationsmessung):
Abschnittseinstellungen: - Vorgabegröße: Schubspannung [Pa]
- Profil: Rampe log.
- Startwert: 0,1 Pa
- Endwert: 80 Pa
- Abschnittsdauer: 180 s
- Temperatur: 20 °C
Auswertung:
Die Fließgrenze T 0 (Einheit [Pa] wird in Abschnitt 2 abgelesen und ist die Schubspannung (Einheit: [Pa]), bei der die Schergeschwindigkeit zum letzten Mal ? < 0,10 s -1 beträgt.
Die mit der Rotationsmethode gemessene Fließgrenze wird auch als „Fließgrenze (Rotation)“ bezeichnet.
Die Fließgrenze (Rotation) wurde anhand einer Fasersuspension (einfaches Einrühren der Faser mit einem Löffel = entspricht einer nicht aktivierten Faser) gemessen und wird im Rahmen der Erfindung auch als „Fließgrenze Rotation II“ bezeichnet. Die Fließgrenze wurde zudem anhand einer Faserdispersion (eingerührt unter Einwirkung hoher Scherkräfte; z.B. mit Ultra Turrax = entspricht einer aktivierten Faser) gemessen und wird im Rahmen der Erfindung auch als „Fließgrenze Rotation I“ bezeichnet.
3. Testmethode zur Bestimmung der Fließgrenze (Oszillationsmessung)
Messprinzip: Diese Fließgrenze macht ebenfalls eine Aussage über die Strukturstärke und wird im Oszillationsversuch bestimmt, indem die Amplitude bei konstanter Frequenz so lange erhöht wird, bis die Probe durch die immer größer werdende Auslenkung zerstört wird und dann anfängt zu fließen.
Dabei verhält sich die Substanz unterhalb der Fließgrenze wie ein elastischer Festkörper, das heißt, die elastischen Anteile (G‘) liegen über den viskosen Anteilen (G“), während bei Überschreiten der Fließgrenze die viskosen Anteile der Probe ansteigen und die elastischen Anteile abnehmen.
Per Definition ist die Fließgrenze bei der Amplitude überschritten, wenn gleich viele viskose wie elastische Anteile vorliegen, G‘ = G“ (Cross Over), die zugehörige Schubspannung ist der entsprechende Messwert.
Messgerät: Rheometer Physica MCR-Serie (z.B. MCR 301 , MCR 101)
Messsystem: Z3 DIN bzw. CC25
Messbecher: CC 27 P06 (geriffelter Messbecher)
Messparameter:
Abschnittseinstellungen: - Amplitudenvorgaben: Deformation
- Profil: Rampe log.
- Wert: 0,01 - 1000%
- Frequenz: 1 ,0 Hz
- Temperatur: 20 °C
Auswertung:
Mit Hilfe der Rheometersoftware Rheoplus wird die Schubspannung am Cross-Over nach Überschreiten des linear-viskoelastischen Bereiches ausgewertet.
Die mit der Oszillationsmethode gemessene Fließgrenze wird auch als „Fließgrenze Cross Over“ bezeichnet.
Die Fließgrenze Cross Over wurde anhand einer Fasersuspension (einfaches Einrühren der Faser mit einem Löffel = entspricht einer nicht aktivierten Faser) gemessen und wird im Rahmen der Erfindung auch als „Fließgrenze Cross Over II“ bezeichnet. Die Fließgrenze wurde zudem anhand einer Faserdispersion (eingerührt unter Einwirkung hoher Scherkräfte; z.B. mit Ultra Turrax = entspricht einer aktivierten Faser) gemessen und wird im Rahmen der Erfindung auch als „Fließgrenze Cross Over I“ bezeichnet. Messergebnisse und ihre Bedeutung:
Betrachtet man die Fließgrenze für die erfindungsgemäße Fasersuspension eingerührt mit dem Löffel (entsprechend einer nicht aktivierten Faser) mit der erfindungsgemäßen Faserdispersion eingerührt mit hohen Scherkräften z.B. Ultra Turrax (entsprechend einer aktivierten Faser), kann man eine Aussage über die Vorteilhaftigkeit/Notwendigkeit einer Aktivierung treffen. Die Messergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst. Erwartungsgemäß steigt die Fließgrenze jeweils durch die Scher-Aktivierung in der Dispersion an. Aufgrund der relativ geringen Fließgrenze der Fasersuspension mit T 0 II = 0,7 Pa ist für das vollständige Implementierung der Fasereigenschaften eine Aktivierung der Faser erforderlich, um die gewünschte cremige Textur zu erhalten.
4. Testmethode zur Bestimmung der dynamischen Weißenbergzahl
Messprinzip und Bedeutung der dynamischen Weissenbergzahl:
Die dynamische Weissenbergzahl W (Windhab E, Maier T, Lebensmitteltechnik 1990, 44: 185f) ist eine abgeleitete Größe, bei der die im Oszillationsversuch im linearviskoelastischen Bereich ermittelten elastischen Anteile (G‘) mit den viskosen Anteilen (G“) ins Verhältnis gesetzt werden:
Mit der dynamischen Weissenbergzahl erhält man eine Größe, die besonders gut mit der sensorischen Wahrnehmung der Konsistenz korreliert und relativ unabhängig von der absoluten Festigkeit der Probe betrachtet werden kann. Ein hoher Wert für W bedeutet, dass die Fasern eine überwiegend elastische Struktur aufgebaut haben, während ein tiefer Wert für W auf Strukturen mit deutlich viskosen Anteilen spricht. Die für Fasern typische cremige Textur wird erreicht, wenn die W Werte im Bereich von ca. 6 - 8 liegen, bei tieferen Werten wird die Probe als wässrig (weniger stark angedickt) beurteilt.
Material und Methoden:
Messgerät: Rheometer Physica MCR-Serie, z.B. MCR 301 , MCR 101
Messsystem: Z3 DIN bzw. CC25
Messbecher: CC 27 P06 (geriffelter Messbecher)
Messparameter:
Abschnittseinstellungen: - Amplitudenvorgaben: Deformation
- Profil: Rampe log
- Wert: 0,01 - 1000 %
- Frequenz: 1 ,0 Hz
- Temperatur: 20 °C
Auswertung:
Der Phasenverschiebungswinkel ö wird im linear-viskoelastischen Bereich abgelesen. Die dynamische Weissenbergzahl W wird anschließend mit folgender Formel berechnet:
W = — tan 8
Messergebnisse und ihre Bedeutung:
Betrachtet man die dynamische Weissenbergzahl W für die erfindungsgemäße Fasersuspension eingerührt mit dem Löffel (entsprechend einer nicht aktivierten Faser) mit der erfindungsgemäßen Faserdispersion eingerührt mit hohen Scherkräften z.B. Ultra Turrax (entsprechend einer aktivierten Faser), kann man eine Aussage über die Textur und darüber hinaus über die Notwendigkeit einer Aktivierung treffen. Die Messergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst. Die Citrusfaser gemäß der Erfindung liegt mit W Werten von 8,6 in der Suspension und 8,8 für die Dispersion im idealen Bereich und weist damit eine optimale Textur auf. Sie ist in beiden Fällen von cremiger Textur. Die Ergebnisse zur dynamischen Weißenbergzahl zeigen, dass hinsichtlich der erwünschten cremigen Textur eine Aktivierung der Faser nicht unbedingt erforderlich ist.
5. Testmethode zur Bestimmung der Festigkeit
Durchführung:
150 ml destilliertes Wasser werden in einem Becherglas vorgelegt. Dann rührt man mit einem Löffel 6,0 g Citrusfasern bzw. klumpenfrei in das Wasser ein. Zum Ausquellen lässt man dieses Faser-Wasser-Gemisch 20 min stehen. Man überführt die Suspension in ein Gefäß (0 90 mm). Anschließend wird die Festigkeit mit der folgenden Methode gemessen.
Messgerät: Texture Analyser TA-XT 2 (Fa. Stable Micro Systems, Godaiming, UK)
Test-Methode/Option: Messung der Kraft in Druckrichtung / einfacher Test
Parameter:
- Test-Geschwindigkeit: 1 ,0 mm/s
- Weg: 15,0 mm/s
Messwerkzeug: P/50
Gemäß der vorliegenden Methode entspricht die Festigkeit der Kraft, die der Messkörper braucht, um 10 mm in die Suspension einzudringen. Diese Kraft wird aus dem Kraft-Zeit- Diagramm abgelesen. Es ist zu erwähnen, dass sich aus der Historie der Festigkeitsmessung die Einheit der gemessenen Festigkeit in Gramm (g) manifestiert hat.
6. Testmethode zur Bestimmung der Bruchfestigkeit bzw. Bruchfestigkeitstest
Rezeptur für 22°Brix
5,7, 9,5 11,4 13,3, 15,6 g Faser (entspricht 1 ,5, 2,5, 3,0, 3,5 und 4,1 Gew.% im Endprodukt)
320,0 g 0,65 mol/L Kaliumacetat-Milchsäure-Pufferlösung 60 g Zucker (Saccharose) bei 2 - 3 Tropfen Entschäumer
Einwaage: ca. 390 g
Auswaage: 380 g pH-Wert: 3,0 ± 0,1
T rockensubstanzgehalt: 22,0 ± 1 ,0 %
Rezeptur für 40°Brix
5,7, 9,5 11 ,4 13,3, 15,6 g Faser (entspricht 1 ,5, 2,5, 3,0, 3,5 und 4,1 Gew.% im Endprodukt)
320 g 0,65 mol/L Kaliumacetat-Milchsäure-Pufferlösung
135 g Zucker (Saccharose) bei
2 - 3 Tropfen Entschäumer
Einwaage: ca. 465 g
Auswaage: 380 g pH-Wert: 3,0 ± 0,1
Trockensubstanzgehalt: 40,0 ± 1 ,0 %
Messmethode:
Die Kochung wird auf einem Induktionskochfeld bei mittlerer Hitze durchgeführt. Pufferlösung in einem Edelstahltopf vorlegen.
Faser mit einem Teil des Gesamtzuckers (ca. 30 g) homogen in Mischflasche oder Glasschale vermischen.
Faser-Zuckermischung unter Rühren in die kalte Pufferlösung einstreuen und den Ansatz bei mittlerer Hitze zum Kochen bringen. Unter Rühren bei mittlerer Hitze weiterkochen.
Mischflasche bzw. Glasschale zweimal mit je ca. 10 - 15 g Zucker (aus Gesamtzuckermenge) reinigen und den Zucker unter Rühren in den Ansatz geben. Restzuckermenge nacheinander in 3 Portionen (je ca. 50 g) zugeben und nach jeder Zugabe unter Rühren bis zum Sieden erhitzen. Dann bei mittlerer Hitze auf Auswaage auskochen.
Nach Erreichen der Auswaage werden sofort je 100 ± 1 g der Kochung rasch in drei Lüers-Becher mit eingesetzter Zerreißfigur eingewogen.
Becher unter Vermeidung von Erschütterungen in ein unmittelbar neben der Kochstelle platziertes Wasserbad (20 ± 1 °C) stellen und temperieren. Die Lüers- Becher müssen bis zur Füllhöhe des Gels im Wasser stehen. Das Wasserniveau muss reguliert werden, wenn zahlreiche Proben in das Wasserbad gestellt bzw. aus dem Wasserbad genommen werden.
Nach genau 2 Stunden wird die Bruchfestigkeit mit dem Herbstreith-Pektinometer Mark III oder Nachfolgemodelle gemessen. Das Ergebnis ist der Mittelwert der drei
Einzel werte.
Auswertung:
Wie die folgenden beiden Tabellen zeigen, nimmt mit steigender Faserdosierung die Bruchfestigkeit sowohl bei einem löslichen Trockensubstanzgehalt von 22% TS als auch bei 40 % TS stark zu. Die Bruchfestigkeiten steigen außerdem durch die Zugabe eines Komplexbildners/Iöslichen Ionenaustauschers wie in diesem Fall durch die Zugabe von Natriumpolyphosphat mit einer Kettenlänge von ca. 30 an.
Hintergrund für diesen Anstieg ist vermutlich das Binden der in der Faser natürlicherweise enthaltenen Calciumionen, wodurch die Vorgelierung des in der Faser enthaltenen niederveresterten Pektins zurückgedrängt wird.
Tabelle 1: Bruchfestigkeit bei 22°Brix (Na-PP = Natriumpolyphosphat)
Tabelle 2: Bruchfestigkeit bei 40°Brix (Na-PP = Natriumpolyphosphat)
Bestimmung der Thermoreversibilität der Gelbildunq anhand Bruchfestigkeit:
Die Testgele, welche nach der obigen Rezeptur mit 40°Brix und 3,0 Gew.% Faserkonzentration hergestellt wurden, wurden nach dem ersten Abfüllen auf Bruchfestigkeit wie vorab beschreiben, getestet. Dann wurde das Gel unter Rühren zum
Sieden erhitzt und aufgeschmolzen und durch Lagerung auf Raumtemperatur wieder verfestigt. Dies wurde insgesamt drei Mal durchgeführt und die Bruchfestigkeit im jeweils abgekühlten Zustand vermessen. Hierbei zeigte sich, dass die Fasern nach dem ersten Abkühlen für insgesamt drei Mal aufgeschmolzen werden konnten, und nach Abkühlung wieder ein Gel bilden konnten, ohne signifikant an Festigkeit zu verlieren.
Dabei spielte es im Rahmen der Schwankungsbreite der Messergebnisse keine Rolle, ob die Fasern trocken oder als Dispersion (über Ultra Turrax, s. Methode 8) zur Gelrezeptur gegeben wurden. Die Bruchfestigkeit konnte auch in diesen Thermoreversibilitätsuntersuchungen durch die Zugabe von Natriumpolyphosphat deutlich erhöht werden und auch diese erhöhte Festigkeit blieb nach dreimaligem Aufschmelzen und Abkühlen erhalten.
In einem weiteren Experiment wurde die Thermoreversibilität anhand der Bruchfestigkeit bei verschiedenen Aufschmelztemperaturen gemessen werden. Die Ergebnisse sind in Figur 6 dargestellt. Hier zeigt sich, dass die Bruchfestigkeit mit der Aufschmelztemperatur zunimmt.
7. Testmethode zur Bestimmung der Korngröße
Messprinzip:
In einer Siebmaschine ist ein Satz von Sieben, deren Maschenweite vom unteren Sieb zum oberen stets ansteigt, übereinander angeordnet. Die Probe wird auf das oberste Sieb - das mit der größten Maschenweite gegeben. Die Probeteilchen mit größerem Durchmesser als die Maschenweite bleiben auf dem Sieb zurück; die feineren Teilchen fallen auf das nächste Sieb durch. Der Anteil der Probe auf den verschiedenen Sieben wird ausgewogen und in Prozent angegeben.
Durchführung:
Die Probe wird auf zwei Stellen nach dem Komma genau eingewogen. Die Siebe werden mit Siebhilfen versehen und mit steigender Maschenweite übereinander aufgebaut. Die Probe wird auf das oberste Sieb quantitativ überführt, die Siebe werden eingespannt und nach definierten Parametern verläuft der Siebprozess. Die einzelnen Siebe werden mit Probe und Siebhilfe sowie leer mit Siebhilfe gewogen. Soll bei einem Produkt nur ein Grenzwert im Korngrößenspektrum überprüft werden (z. B. 90 % < 250 pm), dann wird nur ein Sieb mit der entsprechenden Maschenweite verwendet.
Probemenge: 15 g
Siebhilfen: 2 pro Siebboden
Siebmaschine: AS 200 digit, Fa. Retsch GmbH
Siebbewegung: dreidimensional
Schwingungshöhe: 1 ,5 mm
Siebdauer: 15 min
Der Siebaufbau besteht aus den folgenden Maschenweite in pm: 1400, 1180, 1000, 710, 500, 355, 250 gefolgt vom Boden. Die Berechnung der Korngröße erfolgt anhand folgender Formel:
Auswaage in g auf dem Sieb x 100
Anteil pro Sieb in % = - - -
Probeeinwaage in g
8. Herstellung einer 2,5 Gew%igen Faserdispersion
Rezeptur:
2,50 g Faserstoffe
97,5 g demineralisiertes Wasser (Raumtemperatur) Einstreudauer: 15 Sekunden
In einem 250 ml Becherglas wird die jeweilige Menge an dem. Wasser (Raumtemperatur) vorgelegt. Die genau abgewogene Menge an Faserstoffen wird bei laufendem Rührwerk (Ultra Turrax) bei 8000 U/Min. (Stufe 1) langsam direkt in den Rührsog eingestreut. Die Einstreudauer richtet sich nach der Menge an Fasern, sie soll pro 2,5 g Probe 15 Sekunden dauern. Dann wird die Dispersion genau 60 Sek. bei 8000 U/Min. (Stufe 1) gerührt. Soll die Probe zur Bestimmung der Viskosität bzw. zur Bestimmung der Fließgrenze I (Rotation), der Fließgrenze I (Cross Over) oder zur Bestimmung der dynamischen Weißenbergzahl verwendet werden, wird sie in ein temperiertes Wasserbad bei 20°C gestellt.
Zur Messung der Viskosität bzw. zur Messung der Fließgrenze I (Rotation), der Fließgrenze I (Cross Over) oder zur Messung der dynamischen Weißenbergzahl wird die Probe nach genau 1 Stunde vorsichtig in das Messsystem des Rheometers gefüllt und die jeweilige Messung gestartet. Falls sich die Probe absetzt, wird sie unmittelbar vor dem Abfüllen mit Hilfe eines Löffels vorsichtig aufgerührt.
9. Herstellung einer 2,5 Gew%igen Fasersuspension
Rezeptur:
2,50 g Faserstoffe
97,5 g demineralisiertes Wasser (Raumtemperatur)
In einem 250 ml Becherglas wird die jeweilige Menge an dem. Wasser (Raumtemperatur) vorgelegt. Die genau abgewogene Menge an Faserstoffen wird unter ständigem Rühren mit einem Kunststoff löffel langsam eingestreut. Dann wird die Suspension so lange gerührt, bis alle Fasern mit Wasser benetzt sind. Soll die Probe zur Bestimmung der Viskosität bzw. zur Bestimmung der Fließgrenze II (Rotation), der Fließgrenze II (Cross Over) oder zur Bestimmung der dynamischen Weißenbergzahl verwendet werden, wird sie in ein temperiertes Wasserbad bei 20°C gestellt.
Zur Messung der Viskosität bzw. zur Messung der Fließgrenze II (Rotation), der Fließgrenze II (Cross Over) oder zur Messung der dynamischen Weißenbergzahl wird die Probe nach genau 1 Stunde vorsichtig in das Messsystem des Rheometers gefüllt und die jeweilige Messung gestartet. Falls sich die Probe absetzt, wird sie unmittelbar vor dem Abfüllen mit Hilfe eines Löffels vorsichtig aufgerührt.
10. Testmethode zur Bestimmung des Wasserbindevermögens
Durchführung für Wasserbindungsvermögen von nicht vorbehandelten Proben:
Man lässt die Probe mit einem Wasserüberschuss 24 Stunden bei Raumtemperatur guellen. Nach Zentrifugation und anschließendem Abdekantieren des Überstandes kann das Wasserbindungsvermögen in g H2O / g Probe gravimetrisch bestimmt werden. Der pH- Wert in der Suspension ist zu messen und zu dokumentieren.
Folgende Parameter sind einzuhalten:
Probeeinwaage:
Pflanzenfaser: 1 ,0 g (in Zentrifugenglas)
Wasserzugabe: 60 ml
Zentrifugation: 4000 g
Zentrifugierdauer 10 min
20 Minuten nach Zentrifugierbeginn (bzw. 10 Minuten nach Zentrifugierende) trennt man den Wasserüberstand von der geguollenen Probe ab. Die Probe mit dem gebundenen Wasser wird ausgewogen.
Das Wasserbindungsvermögen (WBV) in g H2O / g Probe kann nun nach folgender Formel berechnet werden:
Probe mit gebundenem Wasser (g) - 1,0 g
WBV (g H £ O/g Probe) = - — -
1,0 g
11. Testmethode zur Bestimmung der Viskosität
Messgerät: Physica MCR-Serie (z.B. MCR 301 , MCR 101)
Messsystem: Z3 DIN bzw. CC25 (Anmerkung: Die Messsysteme Z3 DIN und CC25 sind identische Messsysteme)
Anzahl Abschnitte: 4
Messparameter:
1. Abschnitt:
Abschnittseinstellungen: - Vorgabegröße: Schergeschwindigkeit [s -1 ]
- Profil: konstant
- Wert: 0 s' 1
- Abschnittsdauer: 60 s
- Temperatur: 20 °C
2. Abschnitt:
Abschnittseinstellungen: - Vorgabegröße: Schergeschwindigkeit [s -1 ]
- Profil: Rampe lin
- Wert: 0,1 - 100 s' 1
- Abschnittsdauer: 120 s
- Temperatur: 20 °C
3. Abschnitt:
Abschnittseinstellungen: - Vorgabegröße: Schergeschwindigkeit [s -1 ]
- Profil: konstant
- Wert: 100 s' 1
- Abschnittsdauer: 10 s
- Temperatur: 20 °C
4. Abschnitt:
Abschnittseinstellungen: - Vorgabegröße: Schergeschwindigkeit [s -1 ]
- Profil: Rampe lin
- Wert: 100 - 0,1 s' 1
- Abschnittsdauer: 120 s
- Temperatur: 20 °C
Auswertung:
Die Viskosität (Einheit [mPas]) wird wie folgt abgelesen: 4. Abschnitt bei = 50 s -1
Bestimmung der Viskosität in Abhängigkeit von verschiedenen Waschflüssigkeiten Es wurde eine aktivierbare Citrusfaser anhand des im Beispiel 1 und Fig. 1 beschriebenen Verfahrens hergestellt und dabei der zweistufige Waschschritt mit der Waschflüssigkeit enthaltend 50, 60 oder 70 Vol.% %lsopropanol wie folgt: variiert:
• Keine Säuren-/Basenzugabe (Angabe 50, 60, 70% IPA)
• Zugabe an Salpetersäure im 1. Waschschritt (IPA/HNO3)
• Zugabe an Salpetersäure/Na-PP im 1. Waschschritt (IPA/HNO3/Na-PP)
• Zugabe an Salzsäure im 1 . Waschschritt (IPA/HCL)
• Zugabe an Citronensäure im 1. Waschschritt (IPA/CS)
• Zugabe an Ammoniaklösung im 2. Waschschritt (IPA/NH3)
• Zugabe an Ammoniaklösung plus EDTA im 2. Waschschritt (IPA/NH3/EDTA)
Anschließend wurde für die aus dem Herstellungsverfahren erhaltenen Citrusfasern die Viskosität in einer gemäß Methode 8 hergestellten 2,5Gew.%igen Dispersion bei 20°C und D= 50 s' 1 bestimmt. Hierbei wurde die Dispersion ohne Zugabe an Natriumpolyphosphat (Na-PP) oder mit Zugabe von 2, 4, 8 oder 10 Gew.% Na-PP hergestellt.
Die Ergebnisse sind grafisch in der Figur 4, A bis C, dargestellt.
Diese Versuche wurden aufgrund der Zunahme der Gel-Bruchfestigkeit durch Zugabe des Calcium-Chelators Na-PP durchgeführt, die auf eine Anwesenheit residualer Calciumionen und damit einer festigkeitsinhibierenden Vorgelierung schließen ließ. Durch das Waschen der Faser mit saurem Alkohol sollte das in der Faser enthaltene Calcium entfernt und somit die vermutete Vorgelierung reduziert werden. Wenn das der Fall ist, sollte die Viskosität ohne Zugabe von Natriumpolyphosphat (entsprechend 0% Na-PP) höher als bei der Vergleichsprobe (Waschen ohne Säurezugabe) liegen und der Kurvenverlauf in Abhängigkeit der Na-PP-Konzentration deutlich flacher ausfallen. Der Effekt müsste umso stärker sein, je höher der Wassergehalt beim Waschen gewählt wurde.
Mit allen drei gewählten IPA-Konzentrationen im Waschalkohol (50%, 60% und 70%) wurde das erwartete Verhalten erreicht. Der Viskositätsanstieg war bei Verwendung von 60% IPA und 50% IPA mit Säure vergleichbar und deutlich höher als mit 70 % IPA plus Säure. Die Säureart (HCl, HNO3, Citronensäure) hatte einen geringen Einfluss auf die erzielten Viskositäten.
Die Zugabe von Natriumpolyphosphat beim Waschen mit 70% IPA/HNO3 führte vermutlich aufgrund des höheren pH-Wertes zu einer geringeren Viskosität. 12. Testmethode zur Bestimmung des Veresterungsgrads
Diese Methode entspricht der JECFA (Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives) veröffentlichten Methode. Abweichend von der JECFA-Methode wird das entaschte Pektin nicht im Kalten gelöst, sondern erhitzt. Als Alkohol wird Isopropanol anstelle von Ethanol verwendet.
13. Bestimmung der Gelierkraft
Die Gelierkraft kann mittels der Standardprozedur für die Grad-Bewertung des Pektins in einem Gel mit 65 % Trockensubstanz festgestellt werden. Sie entspricht der Methode 5-54 des IFT-Komitees für Pektinstandardisierung (IFT Committee on Pectin Standardisation, Food Technology, 1959, 13: 496 - 500).
14. Testmethode zur Bestimmung des Ballaststoffgehalts
Diese Methode stimmt im Wesentlichen sachlich überein mit der von der AOAC veröffentlichten Methode (Official Method 991.43: Total, Soluble and Insoluble Dietary Fiber in Foods; Enzymatic-Gravimetric Method, MES-TRIS Buffer, First Action 1991 , Final Action 1994.). Hier wurde lediglich mit Isopropylalkohol anstatt mit Ethanol gearbeitet.
15. Testmethode zur Bestimmung der Feuchtigkeit und der Trockenmasse
Prinzip:
Unter dem Feuchtigkeitsgehalt der Probe wird die nach definierten Bedingungen ermittelte Massenabnahme nach der Trocknung verstanden. Es wird der Feuchtigkeitsgehalt der Probe mittels Infrarot-Trocknung mit dem Feuchtebestimmer Sartorius MA-45 (Fa. Sartorius, Göttingen, BRD) bestimmt.
Durchführung:
Es werden ca. 2,5 g der Faserprobe auf den Sartorius Feuchtebestimmer eingewogen. Die Einstellungen des Gerätes sind den entsprechenden werkseitigen Messvorschriften zu entnehmen. Die Proben sollen zur Bestimmung etwa Raumtemperatur haben. Der Feuchtigkeitsgehalt wird vom Gerät automatisch in Prozent [% M] angegeben. Die Trockenmasse wird vom Gerät automatisch in Prozent [% S] angegeben.
14. Testmethode zur Bestimmung der Farbe und Helligkeit Prinzip:
Die Färb- und Helligkeitsmessungen werden mit dem Minolta Chromameter CR 300 bzw.
CR 400 durchgeführt. Die Bestimmung der spektralen Eigenschaften einer Probe erfolgt anhand von Normfarbwerten. Die Farbe einer Probe wird mit dem Farbton, der Helligkeit und der Sättigung beschrieben. Mit diesen drei Basiseigenschaften lässt sich die Farbe dreidimensional darstellen:
Die Farbtöne liegen auf dem Außenmantel des Farbkörpers, die Helligkeit verändert sich auf der senkrechten Achse und der Sättigungsgrad verläuft horizontal. Bei Verwendung des L*a*b*-Messsystems (sprich L-Stern, a-Stern, b-Stern) steht L* für die Helligkeit, während a* und b* sowohl den Farbton als auch die Sättigung angeben, a* und b* nennen die Positionen auf zwei Farbachsen, wobei a* der Rot-Grün-Achse und b* der Blau-Gelb-Achse zugeordnet ist. Für die Farbmessanzeigen wandelt das Gerät die Normfarbwerte in L*a*b*- Koordinaten um.
Durchführung der Messung:
Die Probe wird auf ein weißes Blatt Papier gestreut und mit einem Glasstopfen geebnet. Zur Messung wird der Messkopf des Chromameters direkt auf sie Probe gesetzt und der Auslöser betätigt. Von jeder Probe wird eine Dreifachmessung durchgeführt und der Mittelwert berechnet. Die L*-, a*-, b*-Werte werden vom Gerät mit zwei Stellen nach dem Komma angegeben.
Die hier gezeigten Ausführungsformen stellen nur Beispiele für die vorliegende Erfindung dar und dürfen daher nicht einschränkend verstanden werden. Alternative durch den Fachmann in Erwägung gezogene Ausführungsformen sind gleichermaßen vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst.
15. Testmethode zur Bestimmung des wasserlöslichen Pektins in faserhaltigen Proben
Prinzip:
Durch eine wässrige Extraktion wird das in faserhaltigen Proben enthaltene Pektin in die flüssige Phase übergeführt. Durch Zugabe von Alkohol wird das Pektin als alkoholunlösliche Substanz (AIS, alcohol insoluble substance) aus dem Extrakt ausgefällt.
Extraktion: 10,0 g der zu untersuchenden Probe werden in eine Glasschale eingewogen. 390 g kochendes dest. Wasser werden in einem Becherglas vorgelegt und die vorher abgewogene Probe wird mittels Ultra-Turrax 1 min auf höchster Stufe eingerührt.
Die auf Raumtemperatur abgekühlte Probensuspension wird auf vier 150 ml Zentrifugenbecher aufgeteilt und 10 min bei 4000 x g zentrifugiert. Der Überstand wird gesammelt. Das Sediment eines jeden Bechers wird mit 50 g destilliertem Wasser resuspendiert und erneut für 10 min bei 4000 x g zentrifugiert. Der Überstand wird gesammelt, das Sediment wird verworfen.
Die vereinigten Zentrifugate werden in ca. 4 I Isopropanol (98 %) zur Ausfällung der alkoholunlöslichen Substanz (AIS) gegeben. Nach 1 Stunde filtriert man über ein Filtertuch und presst die AIS manuell ab. Im Filtertuch wird dann die AIS in ca. 3 I Isopropanol (98 %) gegeben und von Hand unter Verwendung von Handschuhen aufgelockert.
Der Abpressvorgang wird wiederholt, die AIS quantitativ vom Filtertuch genommen, aufgelockert und bei 60 °C 1 Stunde im Trockenschrank getrocknet.
Die abgepresste, getrocknete Substanz wird zur Berechnung der alkoholunlöslichen Substanz (AIS) auf 0,1 g ausgewogen.
Die Berechnung des wasserlöslichen Pektins bezogen auf die faserhaltige Probe erfolgt anhand der folgenden Formel, wobei das wasserlösliche Pektin als alkoholunlösliche Substanz (AIS) anfällt: g getrocknete AIS Tal x 100
AIS in der Probe in Gew. % ( - ) = - - -
100$ Probeneinwaage in g
16. Tribologische Charakterisierung einer Faserdispersion in Abhängigkeit von der Konzentration anhand der Reibzahl p
Rheometer Physica MCR 302, Tribologie-Messzelle T-PTD200, 3 PDMS-Pins unten, Natronglaskugel oben
1 . Abschnitt:
Konditionierung FN = 1 N t = 60 s 2. Abschnitt
Gleitgeschwindigkeitsrampe
F N = 1 N
T = 25 °C v s = 10' 4 - 100 mm/s (log) t = 250 s
Die Ergebnisse sind in der Figur 5 grafisch dargestellt. Bei Gleitgeschwindigkeiten von v s = 0,01 - 0,05 mm/s, also im Bereich kurz unterhalb des Losbrechmomentes (Maximum der Stribeckkurve) liegt die Reibungszahl der 1 ,5%igen Faserdispersionen (dunkelblaue Kurve) oberhalb der beiden Dispersionen mit einer Dosierung von 2,5 % und 3,5 % (grüne und gelbe Kurve) und oberhalb der beiden Dispersionen mit den niedrigsten Werten mit einer Dosierung von 4,5 % und 5,0 % hellblaue und pinkfarbene Kurve).
Dieses entspricht einer sensorisch empfundenen höheren Cremigkeit der Faserdispersionen mit steigender Konzentration.
Oberhalb des Losbrechmomentes bei Gleitgeschwindigkeiten im Bereich ab v s > 0,1 mm/s liegen die Kurven in der Reihenfolge entsprechend der eingesetzten Konzentration - je höher der Faseranteil, desto geringer die Reibungszahlen, das heißt desto cremiger das Mundgefühl.