Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft funktionelle Proteinzutaten für Lebensmittel, Kosmetika und Heimtiernahrung aus Samen von Macaubafrüchten, Verfahren zur Herstellung dieser Zutaten sowie ein aus den Samen gewonnenes Ölpräparat.

Stand der Technik

Vor dem Hintergrund knapper werdender Agrarflächen und Ressourcen gewinnen pflanzliche Proteinzutaten für die Ernährung des Menschen und für den Einsatz in Heimtiernahrung und Kosmetika immer mehr an Bedeutung. Die zunehmende Nachfrage nach hochwertigen pflanzlichen Lebensmitteln führt zu einem steigenden Bedarf an ernährungsphysiologisch und technofunktionell optimierten Proteinzutaten, die einfach und kostengünstig bereitgestellt werden können und die in der Herstellung keinen hohen Ressourcenverbrauch haben. Kostengünstige Präparate können zum Beispiel aus Rückständen der Pflanzenölgewinnung bereitgestellt werden wie z.B. aus Rückständen der Gewinnung von Sonnenblumen-, Lein- oder Rapsöl. Die dabei anfallenden Presskuchen zeigen allerdings erhebliche sensorische Schwächen hinsichtlich Farbe, Geschmack, Zusammensetzung und Aroma. Zudem ergeben sich ernährungsphysiologische Defizite aufgrund hoher Konzentrationen an sekundären Pflanzenstoffen wie Phenolsäuren, Glukosinolaten oder cyanogenen Verbindungen. Dies limitiert den Einsatz in der Humanernährung erheblich.

Neben anderen Ölpflanzen erscheinen für die Gewinnung von Speiseöl auch die fettreichen Kerne von weitgehend unbekannten Früchten als neuartige nachhaltige Quelle. Diese sind in der vorliegenden Patentanmeldung die Samen der Macaubafrüchte . Macaubafrüchte bestehen aus verschiedenen Fraktionen, nämlich dem Epikarp (Schale), dem Mesokarp (Fruchtfleisch), dem Endokarp (Innenschale) und einem fettreichen Samenkern (Endosperm) der mit einer dünnen dunklen Hülle (Integument) überzogen ist. Aus dem Endosperm, das einen Proteingehalt zwischen 14,0 und 30,1% enthält, wird bislang in Einzelfällen das Öl abgepresst, wie beispielsweise in der BR 102012029493 A2 offenbart. Diese Druckschrift beschreibt auch ein Verfahren zur Herstellung eines Tierfutters auf der Basis von Nebenprodukten von Macaubafrüchten. Die Nutzung der Presskuchen für hochwertige Lebensmittelanwendungen, Heimtiernahrung oder Kosmetika ist in dieser Druckschrift nicht beschrieben. Die bislang verfügbaren Pressrückstände der genannten Fruchtsamen haben eine braune bis schwarze Farbe, die bislang einen Einsatz in Lebensmitteln, Heimtiernahrung oder Kosmetika unattraktiv erscheinen lässt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, sensorisch ansprechende und funktionelle pflanzliche proteinhaltige Zutaten sowie ein Ölpräparat bereit zu stellen und ein kostengünstiges und einfaches Verfahren zu deren Herstellung anzugeben. Die Zutaten sollten in vorteilhaften Ausgestaltungen eine möglichst helle Farbe und gute techno funktionelle Eigenschaften, wie Öl- oder Wasserbindung aufweisen. Zudem sollten sie vorteilhaft über ansprechende sensorische Eigenschaften verfügen wie einen neutralen Geruch und Geschmack, um vielseitig in Lebensmitteln einsetzbar zu sein .

Beschreibung der Erfindung

Gelöst wird die Aufgabe durch die Proteinzutat, das Ölpräparat und das Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1, 13 und 25. Vorteilhafte Ausbildungen der Proteinzutat sowie des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.

Bei der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass Rückstände der Ölgewinnung aus den Samenkernen von Macaubafrüchten trotz der sehr dunklen bis schwarzen Kerne als proteinhaltige und/oder techno-funktionelle Zutaten für die Herstellung - insbesondere für die industrielle Herstellung - von Lebensmitteln, Heimtiernahrung oder Kosmetika eingesetzt werden können. Diese Zutaten weisen erfindungsgemäße Eigenschaften auf, die mit dem beschriebenen Verfahren zu deren Herstellung bzw. den entsprechenden Verfahrensaus gestaltungen erhalten werden können.

Unter dem Kern der Macaubafrucht wird in der vorliegenden Patentanmeldung das Endosperm mit dem dunklen Integument (Testa) verstanden.

Die erfindungsgemäßen Eigenschaften der proteinhaltigen Zutaten der Macaubafrüchte sind die folgenden:

- Fettgehalt kleiner 60 Mass.-%, zur Vermeidung von Klumpenbildung beim Dosieren in Lebensmittel besser kleiner 25 Mass.-%, vorteilhaft kleiner 5 Mass.-%, besser kleiner 3 Mass-%, besonders vorteilhaft kleiner 2 Mass.-%. Besonders mit Fettgehalten unter 2 Mass.-% weisen die Zutaten eine gute Lagerstabilität auf, da die Entstehung von aromaaktiven Lipidabbauprodukten weitestgehend vermieden wird.

- Proteingehalt größer 15 Mass.-%, vorteilhaft größer 30 Mass.-%, besser größer 35 Mass.-%, und größer als 50 Mass.-%, besonders vorteilhaft größer 70, größer 80 oder größer 90 Mass.-%.

In bevorzugten Ausgestaltungen weisen die Proteinzutaten gute techno-funktionelle Eigenschaften auf, insbesondere eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften: - Emulgieraktivitätindex (gemessen mittels Trübungsmessung) größer als 30 m ² /g Zutat, vorteilhafterweise größer als 50 m ² /g Zutat, besonders vorteilhaft größer 100 m ² /g Zutat

- Proteinlöslichkeit bei pH 7,0 und 0,1 mol/1 NaCl größer als 10%, vorteilhaft 15 %, besser größer als 20%;

- Proteinlöslichkeit bei pH 7,0 und 0,5 mol/1 NaCl größer als 30%, vorteilhafterweise größer als 40%, besonders vorteilhaft größer als 50%, besser größer als 60%;

- Wasserbindung (Wasser in der Zutat verbleibend nach Zugabe von Wasser im Überschuss, Zentrifugation und Abgießen des überschüssigen Wassers) größer 1 ml/g Zutat, vorteilhaft größer als 2,0 ml/g Zutat, besonders vorteilhaft größer als 4,0 ml/g Zutat;

- Ölbindung (Öl in der Zutat verbleibend nach Zugabe von Öl im Überschuss, Zentrifugation und Abgießen des überschüssigen Öls) größer als 1,0 ml/g Zutat, vorteilhaft größer als 1,5 ml/g Zutat, besonders vorteilhaft größer als 2,0 ml/g Zutat;

- Minimale Gelbildungskonzentration weniger als 10,0%, besser weniger als 8,0%, besonders vorteilhaft weniger als 6,0%.

- helle Farbe, bestimmt gemäß CIE-L*a*b*-Farbmessung mit einen L*-Wert größer 50, vorteilhaft größer 70, besser größer 80, besonders vorteilhaft größer 90. Je heller die Präparate durch entsprechende Verarbeitung ausfallen, desto höherwertigere und farbsensiblere Anwendungen wie Drinks oder Joghurt- oder Käse-ähnliche fermentierte Produkte können erschlossen werden.

Überraschenderweise zeigt sich, dass diese Zutaten trotz einer im Folgenden beschriebenen einfachen, kostengünstigen Herstellung sehr neutral schmecken, gute sensorische Eigenschaften zeigen und gute funktionelle Eigenschaften für Lebensmittel und Heimtiernahrung aufweisen. Damit stehen trotz der geringen Produktionskosten attraktive Zutaten für die Herstellung von Lebensmitteln sowie auch für Heimtiernahrung oder für Kosmetika zur Verfügung. Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens:

1)Die Macauba-Kerne werden mechanisch von den jeweiligen Fruchtfraktionen, d.h. Epikarp, Mesokarp und Endokarp, getrennt. Zusätzlich zu dieser Trennung ist es vorteilhaft, eine Wärmebehandlung und/oder Befeuchtung oder Trocknung durchzuführen, um die mechanische Trennung der Kerne zu erleichtern. Es ist optional und vorteilhaft, von den Kernen vor der folgenden Abtrennung von Öl das dunkle Integument teilweise oder vollständig abzutrennen. Alternativ können auch bereits Kerne bereitgestellt werden, die nicht, teilweise oder vollständig vom dunklen Integument befreit sind. Ohne Abtrennen des Integuments wird durch die nachfolgenden Schritte 2) und 3) ein dunkelgraues Produkt erhalten, durch zumindest teilweises Abtrennen ein grau-weißes Produkt (Helligkeitswert L größer 70). Bei Durchführung der nachfolgenden Schritte 2) und 4) wird sowohl ohne Abtrennen des Integumentes als auch durch zumindest teilweises Abtrennen ein hellgrau-weißes Produkt (Helligkeitswert L meist größer 80, z.T. über 90) erhalten.

2)Mechanisches Pressen der Kerne vorteilhaft in einer kontinuierlichen Presse, besonders vorteilhaft in einer Schneckenpresse (optional: nach vorheriger grober Zerkleinerung wie Brechen, Vermahlen oder Flockieren) zur teilweisen Abtrennung des Fettes, auf

Restfettgehalte kleiner 30 Mass.-%, vorteilhaft kleiner 25 Mass.-%, besser kleiner 20 Mass.-%, besonders vorteilhaft kleiner 15 Mass.-%, kleiner 10 Mass.% oder kleiner 8 Mass.%. Typische Werte liegen im Bereich zwischen 7 und 25 Mass.-%.

3)Vermahlen des Rückstands zu einem dosierbaren Pulver, Grieß oder Mehl, mit einer D90-Volumen-Partikelgröße (d.h. 90% des Volumens der Probe besteht aus Partikeln mit einem kleineren Durchmesser als dieser Wert) kleiner 2 mm, besser kleiner 1 mm, vorteilhaft kleiner 500 mpi, noch besser kleiner 250 mpi, besonders vorteilhaft kleiner 100 mpi. Alternativ kann der Rückstand auch zu Flocken flockiert werden, die eine Dicke von kleiner 2 mm, besser kleiner 1 mm, vorteilhaft kleiner 500 mpi, besonders vorteilhaft kleiner 350 mpi aufweisen. )Alternativ oder im Anschluss an Schritt 3): Entfernen des Restfetts mittels Lösemittel (organisches Lösemittel wie Hexan, Ethanol oder andere oder überkritisches CO2) aus dem Rückstand auf Werte kleiner 5 Mass.-%, vorteilhaft kleiner 3 Mass.-%, besonders vorteilhaft kleiner 2 Mass.-%. und/oder Behandlung der entölten oder fetthaltigen Rückstände mit Mischungen aus Wasser und Alkohol, vorteilhaft Wasser mit Ethanol oder Wasser mit Propanol. Typische Werte für den Fettgehalt nach der Lösemittelbehandlung liegen im Bereich zwischen 0,1 und 5 Mass.-%. Anschließend Vermahlen des entfetteten Rückstands auf eine D90-Volumen-Partikelgröße kleiner 2000 pm, besser kleiner 1000 pm, vorteilhaft kleiner 500pm, noch besser kleiner 250 pm, besonders vorteilhaft kleiner 100 pm. Alternativ kann auch hier eine Flockierung des entfetteten Rückstands mit Flockendicken wie bei Schritt 3) erfolgen. Damit wird eine sehr neutral riechende und lagerstabile Zutat gewonnen, die nach Vermahlen oder Flockieren direkt in Lebensmittel appliziert werden kann. )Optional und vorteilhaft: teilweises oder vollständiges Abtrennen des dunkel pigmentierten Integuments der Kerne vom weißen Endosperm, durch Schälen oder polieren der Kerne vor dem Pressen oder Abschneiden von äußeren Teilen des Endosperms, dabei Reduktion des Anteils an braunem oder schwarzem Integument des Endosperms um mehr als 10%, besser größer 25%, besser größer 50%, noch besser größer 75%, vorteilhaft größer 90%, besonders vorteilhaft größer 99%. Die Prozentangaben beziehen sich auf den Flächenanteil an der Oberfläche der Kerne bezogen auf Kerne, die noch mit einem vollständigen Integument umhüllt sind. Durch dieses Abtrennen wird eine entsprechende Helligkeitsveränderung des Pulvers, Grießes oder Mehls sowie der Flocken erreicht. )Optional und vorteilhaft: nach dem Pressen und/oder Entölen mit Lösemitteln und vermahlen: Aussortieren und Abtrennen von dunklen Partikeln aus dem Pulver/Grieß/Mehl oder den Flocken um mehr als 10 Mass.%, besser mehr als 50 Mass.% besonders vorteilhaft mehr als 90 Mass.%. Dabei wird unter dem Abtrennen der dunklen Bestandteile verstanden, dass Partikel, die Anteile des dunklen Integuments enthalten von den Partikeln abgetrennt werden, die keine Anteile von dunklem Integument enthalten. )Optional und vorteilhaft: Die erhaltenen Macauba- Proteinzutaten, die mit den genannten Verfahren hergestellt werden, könnten für weitere Protein anreicherungen und Proteinfraktionierungen verwendet werden. So bietet sich ein wässriges Extraktions verfahren zur Trennung von wasserlöslichen Proteinen und unlöslichen Bestandteilen an. Diese Extraktion wird vorteilhaft nach der mechanischen Entölung oder nach der Lösemittel-basierten Entölung durchgeführt. Hierzu wird das Proteinmehl oder werden die Proteinflakes (entölter und vermahlener oder flockierter Rückstand) in Wasser oder in Wasser oder einer wässrigen NaCl-Lösung (Konzentration 0,01 - 0,5 mol/L) und einem pH-Wert von 7 - 9 vorzugsweise 8,0 dispergiert. Anschließend wird der feste Rückstand vom flüssigen Extrakt abgetrennt. Die gelösten Proteine werden durch Anwendung von Fällungs und / oder Filtrationsverfahren aus dem flüssigen Extrakt abgetrennt. Die Ausfüllung erfolgt vorteilhaft durch Einstellen des pH-Wertes auf einen Wert im Bereich von 3,0 bis 5,0, vorzugsweise bei 3,5. Der flüssige Überstand wird durch Zentrifugation und / oder Filtration von den ausgefällten Proteinen getrennt. Die erhaltene Proteinfraktion wird vorteilhafterweise getrocknet. Dadurch wird ein Proteinisolat erhalten, das einen Proteingehalt größer 70, größer 80 oder auch größer 90 Mass.-% aufweisen kann. )Optional und vorteilhaft: Nach der Lösemittelentölung und Vermahlung liegt der Rückstand als sog. Proteinmehl vor. Dieses kann mittels Siebverfahren oder Luftklassierungsverf ahren behandelt werden, um eine trockentechnische Trennung zwischen proteinreichen Fraktionen von proteinarmen Fraktionen zu erreichen oder um Fraktionen, die mehr lösliches Protein enthalten von Fraktionen zu trennen, die weniger lösliches Protein enthalten .

Der Einsatz der genannten trocknen Trennverfahren trennt das Proteinmehl in mindestens zwei verschiedene Fraktionen, eine mit höherem Proteingehalt und eine mit niedrigerem Proteingehalt. Bei Einsatz von Siebverfahren wird vorzugsweise mit einem Öffnungsdurchmesser von 2 mm bis 50 pm gearbeitet. Die Siebe können auch hintereinander angeordnet sein.

Die Luftklassierung kann mit verschiedenen Klassierungs methoden wie Schwerkraftsichtung im Gegenstrom oder Querstrom oder Zentrifugalsichtung im Gegenstrom oder Kreuzstrom durchgeführt werden. Die Erhöhung des Proteingehalts kann dabei erfindungsgemäß mehr als 25% betragen, besser höher als 35%, besonders vorteilhaft höher als 50%, in Einzelfällen größer als 60% bezogen auf den Proteingehalt in der Trockenmasse im Proteinmehl. Diese Proteinanreicherung verbessert die funktionellen und sensorischen Eigenschaften im Vergleich zum nicht angereicherten Proteinmehl, so dass sich angereicherte Fraktionen als Zutat für Lebensmittel, Tiernahrung und kosmetische Produkte besser eignen. Das dunkle Integument der Kerne kann aufgrund des Unterschieds im spezifischen Gewicht im Vergleich zum weißen Endosperm auch durch die beschriebenen Techniken z.B. mittels Sichtung oder Klassierung ebenfalls abgetrennt werden. Nachfolgend werden die Bestimmungsverfahren kurz beschrieben, die zur quantitativen Charakterisierung der hergestellten Proteinzutaten genutzt werden:

- Proteingehalt:

Der Proteingehalt ist definiert als der Gehalt, der sich aus der Bestimmung des Stickstoffs in einer Probe und der Multiplikation des ermittelten Wertes mit dem Faktor 6,25 errechnet. Der Proteingehalt ist in der vorliegenden Patentanmeldung in Prozent bezogen auf die Trockenmasse (TS) angegeben .

- Farbe:

Die wahrnehmbare Farbe ist mittels CIE-L*a*b*- Farbmessung definiert (vgl. DIN 6417). Dabei gibt die L*-Achse die Helligkeit an, wobei Schwarz den Wert 0 und Weiß den Wert 100 hat, die a*-Achse beschreibt den Grün- oder Rotanteil und die b*-Achse den Blau- oder Gelbanteil.

- Proteinlöslichkeit:

Die Proteinlöslichkeit ist mittels Bestimmungsverfahren nach Morr et al. 1985 bestimmt, siehe den Zeitschriftenartikel: Morr C. V., German, B., Kinsella, J.E., Regenstein, J. M.,

Van Buren, J. P., Kilara, A., Lewis, B. A., Mangino, M.E, "A Collaborative Study to Develop a Standardized Food Protein Solubility Procedure. Journal of Food Science", Band 50 (1985) Seiten 1715-1718).

- Der Emulgieraktivitäts-Index wird wie in Pearce, K. N., Kinsella, J. E. Emulsifying properties of proteins: evaluation of a turbudimetric technique. Journal of Agricultural and Food Chemistry, v. 26, p. 716-723, 1978 beschrieben bestimmt.

- Fettgehalt: Der Fettgehalt wird gravimetrisch mit der Sohxlet-Methode bestimmt, bei der das Probenmaterial mindestens sechs Stunden lang wiederholt mit einem organischen Lösungsmittel (Hexan oder Petrolether) in Kontakt gebracht wird. Das extrahierte Öl wird nach Verdampfen des Lösungsmittels gemessen.

- Minimale Gelbildungskonzentration: Sie wird bestimmt, indem verschiedene Suspensionen der Proteinzutat in 0,1 mol/L Natriumphosphatpufferlösung in Konzentrationen von 2%, 4%,

6%, 8%, 10%, 12%, 14%, 16%, 18%, 20% (jeweils Mass.-%) in Reagenzgläsern hergestellt werden. Die Suspensionen werden in einem Wasserbad eine Stunde lang auf 95°C erhitzt und dann schnell abgekühlt und zwei Stunden lang bei 4°C gelagert. Die minimale Gelierkonzentration ist die Konzentration, bei der die Probe nach Umdrehen des Reagenzglases nicht herausfließt.

Ausführungsbeispiel 1:

1000 g Kerne aus Macaubafrüchten mit einem vollständig erhaltenen dunklen Integument wurden mittels Brecher auf eine Kantenlänge von kleiner 5 mm grob vorzerkleinert und in einer hydraulischen Presse bei Raumtemperatur gepresst. Dabei wurde das austretende Öl aufgefangen. Der verbleibende Presskuchen enthielt einen Restölgehalt von 30 Mass.-% und einen Proteingehalt von 25 Mass.-%. Nach Vermahlen des Presskuchens auf eine Partikelgröße kleiner 1000 pm wurde das Macauba-Mehl mit einem Massenanteil von 3% in einen Schokoladen-Rührkuchen appliziert, was ohne deutliche sensorische Beeinträchtigung zu einem proteinangereicherten Kuchen führte.

Ausführungsbeispiel 2:

1000 g Kerne aus Macaubafrüchten mit einem vollständig erhaltenen dunklen Integument wurden mittels eines Schälaggregats oberflächlich behandelt, so dass nach der Behandlung nahezu die ganze Oberfläche der Kerne frei von dunklem Integument war. Im Anschluss wurden die Kerne auf eine Kantenlänge von kleiner 3 mm grob vorzerkleinert, auf 50°C erhitzt, und in einer Schneckenpresse gepresst. Dabei wurde das austretende Öl aufgefangen. Der aus der Schneckenpresse austretende Presskuchen enthielt einen Restölgehalt von 23 Mass.-% und einen Proteingehalt von 29 Mass.-%. Nach Flockieren des Presskuchens auf eine Flockendicke kleiner 500 pm wurden die Flakes mittels Hexan entölt, danach lag der Proteingehalt bei 33 Mass.-%. Im Anschluss erfolgte eine Vermahlung auf kleiner 250pm. Dieses weiße Mehl wurde zu einer nasstexturierten Fleischalternative verarbeitet. Die sensorischen Eigenschaften der Fleischalternative waren sehr gut die Farbe war außergewöhnlich hell.

Ausführungsbeispiel 3:

100 g des weißen Mehls aus Beispiel 2 wurden in 1000 ml einer wässrig-alkoholischen Lösung (50-50 Mass-%) gegeben und dabei Zucker, weitere alkohollösliche Kohlenhydrate und sekundären Pflanzenstoffen aus dem Mehl gelöst. Nach Abdekantieren des Überstands wurde der Rückstand getrocknet und erneut fein vermahlen. Das weiße Pulver wurde in eine Mayonnaise zu einem Anteil in Mischungen mit Ei eingearbeitet. In der fertigen Mayonnaise war sensorisch nicht wahrnehmbar, dass ein Pflanzenprotein eingesetzt wurde.

Ausführungsbeispiel 4 :

1 kg des weißen Mehls hergestellt wie in Beispiel 2 wurden in 10 Liter wässrige NaCl-Lösung (0,25 mol/1) bei einem pH von 8 gegeben und für 1 Stunde gerührt. Dabei ging ein Teil des Proteins aus dem Mehl in die wässrige Phase über. Das Raffinat wurde von der Proteinlösung abzentrifugiert. Zur Aufkonzentrierung des Proteins wurde die Lösung mittels Ultrafiltration behandelt und das Protein im Retentat zurückgehalten und anschließend diafiltriert. Das aufkonzentrierte Protein wurde anschließend getrocknet. Das dabei gewonnene Isolat hatte einen Proteingehalt in Trockenmasse von 85% und eine gute Emulgierkapazität und konnte für die Herstellung von Speiseeis als Ersatz für Milchprotein genutzt werden. Anteil an Sterolen im Macauba-Öl für verschiedene Prozess arianten: