用于由亚麻粗粉制备含有蛋白质的食品添加剂的方法 【技术领域】
本发明涉及用于由亚麻粗粉制备食品添加剂的方法。该添加剂主要包含蛋白质及可溶性粗料，其特征在于口味中性、高溶解度、在泡沫及乳液中的界面稳定化特性以及存储稳定性。
背景技术
亚麻籽由外皮、核、薄的胚乳以及两个大的子叶构成。在此，压扁的子叶占种子总重量的57％，而外皮及胚乳占38％。剩余的5％形成亚麻籽的核。在子叶中储存着75％的亚麻油以及大部分的蛋白质。种皮及胚乳包含全部油的22％，仅3％存在于核中。亚麻籽的多糖或粘胶主要位于种皮的外部区域。油亚麻植物的种子包含最多约45％的油、25至35％的蛋白质及25至40％的非淀粉多糖，其中大约三分之一是可溶性粗料。在此，在本专利申请中所有百分比均涉及重量百分比。
完全或部分压碎的亚麻籽用于生面团中及用作焙制食品的播撒料以及用于牛奶浸麦片及健康食品。亚麻籽由于其视觉特性而主要用于焙制食品中，而对于健康食品而言显著的特征在于主要归于粘胶部分的生理作用。绝大部分亚麻籽被加工以制备工业亚麻油。在制备亚麻油时作为副产品产生的亚麻粗粉具有高含量的蛋白质和粗料，并且目前主要用作饲料或肥料，因为由于在亚麻粗粉的残余油组分中高含量(2至4％)的高度不饱和的脂肪酸而迅速发生化学相关或酶相关的脂肪腐败变质，而导致臭败。因此，亚麻粗粉在食品中的用途不具有工业应用性。
亚麻籽中的粗料可以划分为水溶性非淀粉多糖(所谓的粘胶或可溶性粗料)和不可溶的粗料，如木质素、纤维素和半纤维素。可溶性粗料大约占所有粗料的三分之一，并且具有中性部分(特别是阿拉伯糖基木聚糖)和酸性部分，其主要包含半乳糖醛酸、鼠李糖及半乳糖。由可溶性粗料制成的制品取决于萃取参数及原料来源而具有4至15％的残余蛋白质含量。
归因于亚麻籽的许多积极的生理特性是因为可溶性粗料的部分。其增加了小肠中食糜的粘度，并且因此可以降低餐后的血糖水平。亚麻籽制品的排便调节作用同样关系到可溶性粗料。
亚麻籽的蛋白质含量的波动是由于遗传因子及不同的生长条件。亚麻籽中存在的氮化合物的溶解度间或取决于溶剂、pH值及温度。所有的氮的20％至24％在溶解度最小值下(pH为3.5至3.8)是可溶的，这可用高含量的酸可溶的白蛋白部分加以解释。亚麻籽蛋白质包含40.2％的白蛋白及40.0％的球蛋白。其余由谷蛋白(13.3％)及醇溶谷蛋白(6.5％)组成。在亚麻蛋白中必需氨基酸与所有氨基酸之比高于WHO所建议的值36％。
利用传统蛋白质萃取方法可以用盐溶液和沉淀法从亚麻磨粉分离出亚麻籽蛋白质，提纯及浓缩，以获得蛋白质分离物。蛋白质分离物的特征在于大于90％的高的蛋白质含量。还已知用于从部分脱脂的亚麻磨粉进行碱性萃取的过程，连同酸性沉淀和/或于等电点沉淀或醇沉淀出在萃取物中的蛋白质及可溶性粗料，分离出沉淀物并干燥。为了制备具有比分离物更低的蛋白质含量的蛋白质浓缩物，通常使用醇水溶液。
蛋白质分离物的一个优点在于，通过一个或多个洗涤过程而高度提纯和浓缩蛋白质组分。蛋白质分离物由于高的纯度等级及高的蛋白质含量(大于90％)而通常是感觉上可接受的，并且良好地适合于食品用途。蛋白质含量越低，则产品的固有口味通常越强，且功能表达谱(funktionelle Profil)通常越不明显。蛋白质含量为60至80％的蛋白质浓缩物通常具有比分离物更低的溶解度以及特别更不明显的界面特性(泡沫及乳液的产生及稳定化)。
然而由于残余脂肪部分的氧化趋势高，分离物和浓缩物在短时间内变成哈喇味，从而不再适合用于食品。此外，通过预处理原料，通过沉淀过程或者通过用醇处理，严重影响蛋白质的功能性。尤其是降低了溶解度和界面特性，如发泡能力或乳液稳定化作用。
若在中性范围内的溶解度大于60％，则提供良好的蛋白质溶解度。通常考虑泡沫活性、泡沫密度和泡沫稳定性作为突出的泡沫特性的指标。在食品工业中用于产生泡沫的起泡剂(Aufschlagmittel)在约50至150g/l的密度值下的活性为1000至2000％。所期望的是，在低的泡沫密度下的高的活性和稳定性。通常使用的基于植物原料的起泡剂的缺点是泡沫的稳定性低。放置60分钟之后，最初产生的泡沫体积通常减少超过90％。
考虑乳液化能力及乳液稳定性作为突出的乳液化特性的指标。通常使用的蛋白质分离物的乳液化能力在300至600ml油/克蛋白质的范围内。连同可在乳液中被蛋白质稳定化的油的量(乳液化能力)，具有确定组成的乳液随时间的稳定性具有决定性的意义。为此，将1份蛋白质各用10份的水和油(1∶10∶10)乳液化，并检验多少量的油从乳液分离出。为了将蛋白质分离物用于基于乳液的食品系统，所期望的是高的乳液化能力及高的乳液稳定性。
由于专门需要预处理原料以及在提纯蛋白质分离物时的过程，以复杂的方式制得的蛋白质分离物通常无法全面满足上述的要求。
目前尚不存在具有突出的感觉特性连同突出的溶解度和界面特性的由植物原料制成的存储稳定的产品。
下面的表1示例性地显示了通过等电沉淀从大豆、豌豆及亚麻获得的蛋白质分离物的特性以及用于制备食品泡沫的典型起泡剂的特性。
表1
样品 蛋白质 溶解度 [％] 乳液化 能力 [g/ml] 乳液 稳定性 [％] 泡沫 活性 [％] 泡沫 密度 [g/l] 泡沫 稳定性 [％]
大豆蛋白分离物 24 445 54 -- -- --
豌豆蛋白分离物 23 350 n.a. 490 193 84
亚麻蛋白分离物 48 535 97.5 910 120 100
样品 蛋白质 溶解度 [％] 乳液化 能力 [g/ml] 乳液 稳定性 [％] 泡沫 活性 [％] 泡沫 密度 [g/l] 泡沫 稳定性 [％]
小麦蛋白水解产物 (起泡剂) 100 375 n.a. 2100 41 8
鸡蛋白蛋白 (起泡剂) 100 800 52 1800 53 80
【发明内容】
本发明的目的在于，由亚麻粗粉制备口味中性的、技术功能性的和存储稳定性的含有蛋白质的食品添加剂。该添加剂的特征应当在于良好的蛋白质溶解度和突出的界面特性，以制备和稳定化食品泡沫和食品乳液。此外，经干燥的添加剂应当具有存储稳定性，即在储存过程中应当不发生在食品应用中不允许的感觉上的变化。
在所建议的方法中，首先制备或提供残油含量≤1％的亚麻粗粉。在此，例如可以对在工业生产亚麻油时产生的通常具有3至4％的残油含量的亚麻粗粉适当地进行后期脱油。此外，还可从经冷榨的亚麻榨饼起始，由此通过脱油至所要求的残油含量而获得亚麻粗粉。选择性地还可制备或提供残油含量≤5％的亚麻粗粉，条件是随后将其在排除空气氧的情况下进行研磨。然后将亚麻粗粉中所含的部分的天然亚麻蛋白及可溶性粗料从亚麻粗粉通过水萃取而溶解或者至少分散在水相中。从由此获得的含水的总提取物去除不可溶的亚麻粗粉部分，如不可溶的纤维。然后从水相分离出亚麻-蛋白质-粗料混合物，从而无需进一步提纯即获得食品添加剂。优选通过干燥步骤进行分离，其优点在于，亚麻-蛋白质-粗料混合物在干燥之前通过过滤和/或蒸发进行浓缩以实现更有效的干燥。
出人意料地，去除了不可溶的成分尤其是纤维并经干燥的总提取物即使不进行进一步提纯和浓缩蛋白质成分也突出地表现出良好的口味特性及界面活性特性，否则只有在高度浓缩和提纯的蛋白质分离物中才能表现出。此外，该食品添加剂具有高的蛋白质成分溶解度及长久的保存限期，不会由于氧化而发生感觉上的腐败变质。
特别有利的是，使用经冷榨的亚麻榨饼，结合对榨饼进行彻底残余脱油直至1％的残余脂肪或更低，结合随后在排除空气氧的情况下对亚麻粗粉进行冷磨。该组合允许纯粹水萃取具有突出的口味特性及功能特性以及长久的存储稳定性的天然亚麻蛋白及可溶性亚麻粗料。通过在不会损害蛋白质的温度下对在脱油时使用的溶剂进行必需的去溶剂化，而实现彻底脱油。在此以及在残油含量≤5％的亚麻粗粉的情况下，优选进行冷磨直到粒径为200至1000μm，平均粒径d50＝400μm。
已证实对于在制备食品添加剂时获得亚麻蛋白的天然特性特别有利的是，用己烷对经冷榨的亚麻榨饼或亚麻粗粉进行后期脱油直至残油含量低于1％，并结合在低于60℃的温度下对经后期脱油的亚麻粗粉进行去溶剂化。
通过彻底加工经冷榨的亚麻榨饼或亚麻粗粉可以将大比例的天然亚麻蛋白连同可溶性粗料分散及溶解在水中，并将不可溶的亚麻纤维作为总提取物分离出。对于获得大量的天然亚麻蛋白特别有利的是，在萃取介质中在进行萃取时将pH值调节为pH＝6至pH＝9。尤其是在调节pH值低于pH＝7时，明显地改善了通过彻底的方法步骤例如通过超滤和/或真空蒸发及随后的喷干进行浓缩及干燥的不含纤维的总提取物的口味特性及存储稳定性。
经干燥的粉末是含有小于60％的天然亚麻蛋白及大于30％的可溶性粗料的食品添加剂。蛋白质在如此获得的食品添加剂中的溶解度超过60％，并因此惊人地明显积极地不同于通过等电沉淀获得的蛋白质分离物(参见表1)。此外，在该新型食品添加剂中高溶解度天然亚麻蛋白与可溶性亚麻粗料的组合即使在蛋白质含量低于60％的情况下仍然惊人地获得在94g/l的泡沫密度及100％的泡沫稳定性下的大于1100％的泡沫活性，这又明显积极地不同于通过等电沉淀获得的蛋白质分离物的泡沫特性。在乳液稳定性方面，该新型食品添加剂即使在低的蛋白质含量的情况下仍然惊人地具有高达98％的数值，以及在蛋白质分离物的范围之内的乳液化能力(350ml/g)。
由于良好的口味特性、在溶解度、泡沫特性及乳液化特性方面突出的功能性，以及由于对于氧化腐败的长久的稳定性及因此长久的保存限期，该新型食品添加剂适合作为可惊人地多方面使用的食品成分以改善食品的品质特性，否则这只有通过使用蛋白质分离物才能实现。这首先涉及感觉特性(口味、气味、颜色)、质地特性(粘度、结构、形成凝胶、乳液和泡沫的稳定性)以及延长保存限期。在此特别强调饮料的浓缩和稳定化，焙制食品和松饼(Feinen Backwaren)的结构改善和质地改善以及在甜品和甜点或熟食产品领域内的泡沫和乳液的形成和稳定化。
【具体实施方式】
通过用工业己烷萃取而调节工业生产的亚麻榨饼至小于1％的残油含量。
为此，将100kg亚麻榨饼装入萃取装置的渗滤器，随后在多个通道中进行萃取。在此，在第一通道中用200升己烷进行萃取，而在后续的通道中在平均45℃下分别用150升己烷历时4小时进行萃取。从上向下进行渗滤，其中调节渗滤器的料位，从而用己烷完全覆盖榨饼。只要粗粉中达到小于1％的残余脂肪，就在萃取之后接着通过用超临界的己烷蒸汽汽提亚麻螺旋压榨机而去除萃取剂。为此历时4小时用总计550kg的己烷蒸汽于-0.6bar的真空下进行汽提，直至40℃的蒸汽温度。然后在60℃及-0.75bar的真空下用食品蒸汽进行汽提1小时。
利用冷却的研磨机在氮气氛中将经去溶剂化的亚麻萃取粗粉研磨至小于400μm的粒径，并用于获得根据本发明的食品添加剂。为此，将1份亚麻粗粉用12份50℃的水混合及悬浮。用3m的氢氧化钠溶液将该批次的pH值调节至8，并强烈搅拌。60分钟之后，利用倾析器(流量为1000l/h)以4400rpm的转速及3.5bar的反压力从含有蛋白质的萃取物分离出不可溶的纤维。用3m的盐酸将萃取物调节至6.8的pH值，并在降膜蒸发器中于最高75℃及-0.6bar的真空下蒸发至约20％干燥质量的浓度，随后在喷干机中于180℃的空气入口温度下进行干燥。经干燥的粉末是根据本发明的食品添加剂。