DD254132A1

DD254132A1 - PROCESS FOR MODIFYING THE PROPERTIES OF PLANT PROTEINS

Info

Publication number: DD254132A1
Application number: DD29693386A
Authority: DD
Inventors: Klaus-Dieter Schwenke; Ralf Mothes; Helga Beyer; Doris Augustat; Dietrich Zirwer; Klaus Gast
Original assignee: Adw Ddr
Priority date: 1986-12-02
Filing date: 1986-12-02
Publication date: 1988-02-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Modifizierung der funktionellen Eigenschaften von Pflanzenproteinen, insbesondere von Oelsamen- und Koernerleguminosen-Proteinen, fuer Nahrungszwecke. Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein einfaches, allgemein anwendbares Verfahren zur gezielten Modifizierung der Eigenschaften von Pflanzenproteinen fuer Nahrungszwecke zu entwickeln, das die Moeglichkeit einer Einstellung und Regulierung funktioneller Eigenschaften bietet. Wesentlich fuer das erfindungsgemaesse Verfahren ist, dass die Proteine durch Wechselwirkung mit einem definierten Anteil phosphatgruppenhaltiger Polyanionen bei festgelegtem p H-Wert und vorgegebener Temperatur modifiziert werden. Die eingesetzte Menge an Polyanion entspricht dabei 0,01 bis 0,5, vorzugsweise 0,03 bis 0,1 Massenanteilen des Proteins. Gegebenenfalls wird die Komplexbildung zwischen dem Protein und dem Polyanion mit einer extraktiven Entfernung natuerlich verbundener phosphatgruppenhaltiger Polyanionen, wie Phytinsaeure, kombiniert.The invention relates to a method for modifying the functional properties of plant proteins, in particular of oil seed and Koernerleguminosen proteins, for food purposes. The object of the invention is to develop a simple, generally applicable method for the targeted modification of the properties of plant proteins for food purposes, which offers the possibility of adjustment and regulation of functional properties. Essential for the process according to the invention is that the proteins are modified by interaction with a defined proportion of phosphate group-containing polyanions at a fixed p H value and given temperature. The amount of polyanion used corresponds to 0.01 to 0.5, preferably 0.03 to 0.1 parts by mass of the protein. Optionally, the complex formation between the protein and the polyanion is combined with an extractive removal of naturally-linked phosphate group-containing polyanions such as phytic acid.

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Modifizierung der funktioneilen Eigenschaften von Pflanzenproteinen, insbesondere von Ölsamen- und Körnerleguminosen-Proteinen für Nahrungszwecke.The invention relates to a method for modifying the functional properties of plant proteins, in particular of oilseed and grain legume proteins for food purposes.

Characteristic of the known technical solutions

Die Einsatzmöglichkeiten von Pflanzenproteinen als Nahrungsrohstoffe werden nicht allein vom Nährwert sondern auch von den funktionellen Eigenschaften der Proteine bestimmt.The potential uses of plant proteins as food raw materials are determined not only by the nutritional value but also by the functional properties of the proteins.

Diese hängen in hohem Maße von der Technologie der Proteingewinnung ab, die die native Proteinstruktur aller oder weniger verändern und Wechselwirkungen der Proteine mit anderen Inhaltsstoffen des pflanzlichen Rohmaterials begünstigen oder in begrenztem Ausmaß auch verhindern kann (K.D.Schwenke, Ernährungsforschung 27, S.50 [1982]).These depend to a large extent on the technology of protein recovery, which alter the native protein structure of all or less, and may favor or to a limited extent prevent interactions of the proteins with other ingredients of the vegetable raw material (KDSchwenke, Ernährungsforschung 27, p.50 [1982 ]).

So führt die isoelektrische Fällung von Pflanzenproteinen in saurem Milieu zur Bildung schwerlöslicher Komplexe mit Phytinsäure, meso-lnositolhexaphosphat, einem weitverbreiteten Pflanzeninhaltsstoff, (J.A.Maga, J. Agric Food Chemistry 30,1 [1982]; L.Gollbergu. B.Törnell, J. Food Science, 41,1063(1976]; K. D. Schwenke, K.EIkowicz u. H.Kozlowska, Nahrung, 23 967 [1979]) und zur Verschlechterung der funktionellen Eigenschaften der Proteine. Die unkontrollierte Wechselwirkung pflanzlicher Proteine mit Phytinsäure und anderen Pflanzeninhaltsstoffen stellt somit erhebliche Probleme bei der Gewinnung von Proteinpräparaten mit gleichbleibenden funktionellen Eigenschaften.Thus, isoelectric precipitation of plant proteins in an acidic medium leads to the formation of sparingly soluble complexes with phytic acid, meso-inositol hexaphosphate, a widely used plant ingredient (JAMaga, J. Agric. Food Chemistry 30,1 [1982]; L.Gollbergu B.Törnell, J Food Science, 41, 1063 (1976); KD Schwenke, K. Eicowicz and H. Kozlowska, Lebensz., 23 967 [1979]) and the deterioration of the functional properties of the proteins: the uncontrolled interaction of plant proteins with phytic acid and other plant constituents thus presents considerable problems in the recovery of protein preparations with consistent functional properties.

Bekannte Verfahren zur Entfernung der Phytinsäure aus pflanzlichem Material wie z.B. Rapsschrot (DT-OS 2522991, DD 224210A1) sind vorzugsweise unterernährungsphysiologischen Aspekten vorgeschlagen worden, da Phytinsäure die Verfügbarkeit essentieller Metallionen herabsetzt.Known methods for removing phytic acid from plant material, e.g. Rapeseed meal (DT-OS 2522991, DD 224210A1) have preferably been proposed in terms of nutritional aspects, since phytic acid reduces the availability of essential metal ions.

Die genannten Verfahren beschreiben die Gewinnung von Rapsproteinen mit geringem Phytinsäuregehalt, die günstige funktioneile Eigenschaften besitzen sollen. Sie enthalten jedoch keine Lehre zur Erzielung von Produktion mit bestimmten funktionellen Eigenschaften bzw. zur Regulierung derselben.The said processes describe the production of low protein phytic acid rape proteins which are said to have favorable functional properties. However, they do not contain any teaching to achieve production with certain functional properties or to regulate them.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein einfaches, allgemein anwendbares Verfahren zur gezielten Modifizierung der Eigenschaften von Pflanzen proteinen für Nahrungszwecke zu entwickeln. Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, die speziellen Bedingungen für ein derartiges Verfahren aufzuzeigen.The object of the invention is to develop a simple, generally applicable method for the specific modification of the properties of plant proteins for food purposes. The invention is therefore based on the object to show the special conditions for such a method.

Explanation of the essence of the invention

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Wechselwirkung zwischen Pflanzenproteinen und phosphatgruppenhaltigen Polyanionen zur Regulierung der funktionellen Eigenschaften der Proteine ausgenutzt wird, indem ein definiertes Verhältnis zwischen dem jeweiligen Protein und dem Polyanion unter festgelegten pH- und Temperaturbedingungen eingestellt und der entstandene Protein-Polyanion-Komplex ohne Veränderung der Zusammensetzung an den beiden Hauptkomponenten weiterverarbeitet wird. Es wurde nämlich gefunden, daß die Wechselwirkung zwischen Pflanzenproteinen und dem genannten Polyanionen-Typ in mehreren Phasen verläuft, wobei lösliche und unlösliche Romplexe gebildet werden, und daß bei einem bestimmten Verhältnis beider Komponenten besonders günstige funktioneile Eigenschaften resultieren.According to the invention, this object is achieved in that the interaction between plant proteins and phosphate group-containing polyanions for regulating the functional properties of the proteins is exploited by setting a defined ratio between the respective protein and the polyanion under specified pH and temperature conditions and the resulting protein-polyanion Complex is processed without changing the composition of the two main components. It has been found that the interaction between plant proteins and said polyanion type proceeds in several phases, forming soluble and insoluble complexes, and that, given a specific ratio of the two components, particularly favorable functional properties result.

Dabei beträgt der Anteil des Polyanions 0,01 bis 0,5 Masseteile, vorzugsweise aber 0,03 bis 0,1 Masseteile des Proteins. Als Polyanion kann Phytinsäure eingesetzt werden. Im Hinblick auf den. möglichen antinutritiven Effekt derselben wird diese jedoch zweckmäßig durch andere phosphatgruppenhaltige Polyanionen ersetzt. Es wurde nämlich gefunden, daß lineare oder zyklische Poly-oder Metaphosphate für eine gezielte Beeinflussung der funktionellen Eigenschaften der Proteine in ähnlicher Weise wie Phytinsäure eingesetzt werden können, wenn sie eine Mindestzahl von 4 monomeren Phosphateinheiten besitzen. Zur Erzielung reproduzierbarer Eigenschaften der Proteine ist esnotwendig, im Falle phytinsäurehaltiger Rohstoffe den natürlichen Phytinsäuregehalt mittels wäßriger Extraktion bei festgelegtem pH-Wert auf ein definiertes, jedoch akzeptables Maß herabzusetzen oder die Phytinsäure zu entfernen, wofür sich die oben genannten Verfahren ebenso wie andere Verfahren, z. B. die Ultrafiltration, eignen. Das phytinsäurearme oder phytinsäurefreie Protein wird sodann im pH-Bereich zwischen 2,0 und 9,5, vorzugsweise zwischen pH 3,5 und 8,0 und im Temperaturbereich zwischen 10 und 80⁰C, vorzugsweise zwischen 20 und 6O⁰C mit dem Poly- oder Metaphosphat behandelt und der gebildete Komplex sodann in wäßriger Lösung oder in getrocknetem Zustand weiterverarbeitet.The proportion of the polyanion is 0.01 to 0.5 parts by mass, but preferably 0.03 to 0.1 parts by mass of the protein. As polyanion phytic acid can be used. With regard to the. however, it is expedient to replace them with other polyanions containing phosphate groups. In fact, it has been found that linear or cyclic poly- or metaphosphates can be used to specifically affect the functional properties of the proteins in a manner similar to phytic acid, if they have a minimum of four monomeric phosphate units. To obtain reproducible properties of the proteins, it is necessary in the case of phytic acid-containing raw materials to reduce the natural phytic acid content to a defined, but acceptable level by aqueous extraction at a fixed pH, or to remove the phytic acid, for which the above-mentioned methods as well as other methods, e.g. , As the ultrafiltration suitable. The phytinsäurearme or phytic acid-free protein is then in the pH range between 2.0 and 9.5, preferably between pH 3.5 and 8.0 and in the temperature range between 10 and 80 ⁰ C, preferably between 20 and 6O ⁰ C with the poly - Treated or metaphosphate and the complex formed then further processed in aqueous solution or in a dried state.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gelingt es, hitzestabile Proteinkomplexe zu erzeugen, deren wäßrigen Lösungen während einer Verarbeitung bei höheren Temperaturen klar bleiben. Andererseits können unlösliche Protein-Polyanionen-Komplexe erfindungsgemäß durch Erhitzen in einen löslichen Zustand übergeführt werden, der bei höherer Temperatur beständig ist. Auf diese Weise können unerwünschte Koagulationseffekte bei der Verarbeitung von Proteinen vermieden werden. Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren auf einer elektrostatischen Wechselwirkung zwischen Protein und Polyanion beruht, deren Stöchometrie von strukturellen Besonderheiten des jeweiligen Proteins abhängt, ist es auf Proteine unterschiedlicher Struktur und Zusammensetzung übertragbar und somit allgemein einsetzbar. Dementsprechend lassen sich die funktionellen Eigenschaften so unterschiedlicher Proteine wie der hochmolekularen 11-S-Globuline aus Rapssamen, Ackerbohnen oder Sojabohnen einerseits auch der niedermolekularen basischen sogenannten Albuminfraktion aus Rapssamen andererseits durch Wechselwirkung mit phosphatgruppenhaltigen Polyanionen unter den angegebenen Bedingungen modifizieren und regulierenWith the aid of the method according to the invention, it is possible to produce heat-stable protein complexes whose aqueous solutions remain clear during processing at elevated temperatures. On the other hand, according to the invention, insoluble protein-polyanion complexes can be converted into a soluble state by heating, which is stable at a higher temperature. In this way, unwanted coagulation effects in the processing of proteins can be avoided. Although the method according to the invention is based on an electrostatic interaction between protein and polyanion, whose stoichiometry depends on structural particularities of the respective protein, it is transferable to proteins of different structure and composition and thus can be used in general. Accordingly, the functional properties of such different proteins as the high molecular weight 11-S globulins from rapeseeds, field beans or soybeans on the one hand and the low molecular weight basic so-called albumin fraction of rapeseed on the other hand can be modified and regulated by interaction with phosphate-containing polyanions under the specified conditions

Die Erfindungsoll anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. The Erfindungsoll will be explained in more detail with reference to the following embodiments.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1Exemplary embodiments Example 1

Rapsglobulin wurde wie von Raab und Schwenke (B. Raab u. K. D. Schwenke, Nahrung 28, 863 [1984]) beschrieben durch Extraktion von entfettetem Rapsmehl mit Phosphatpuffer von pH 8 und nachfolgende Ammoniumsulfatfällung gewonnen. Der Phytinsäuregehalt des Trockenpräparates betrug 0,3%. 1 g des Proteins werden bei Zimmertemperatur in 100ml Citratpuffer von pH 5 gelöst. In einer zweiten Lösung wurde der Phytinsäuregehalt durch Zusatz von Natriumphytat auf 4,1 %, bezogen auf die gelöste Proteinmenge, entsprechend einer Konzentration von 0,041 %, eingestellt. Der Verlauf der Emulgierkurven beider Proteinlösungen ist in Abb. 1 dargestellt.Rapeseed globulin was obtained as described by Raab and Schwenke (B. Raab and K. D. Schwenke, Food 28, 863 [1984]) by extraction of defatted rapeseed meal with phosphate buffer of pH 8 and subsequent ammonium sulphate precipitation. The phytic acid content of the dry preparation was 0.3%. 1 g of the protein are dissolved at room temperature in 100 ml citrate buffer of pH 5. In a second solution, the phytic acid content was adjusted by adding sodium phytate to 4.1%, based on the dissolved protein amount, corresponding to a concentration of 0.041%. The course of the emulsification curves of both protein solutions is shown in FIG.

Während das phytinsäurearme Protein einen Sättigungswert bei einer Proteinkonzentration von 0,2 bis 0,3g pro 100 ml erreicht, nimmt die Emulgierkapazität des Protein-Phytinsäure-Komplexes innerhalb des untersuchten Konzentrationsbereiches stetig zu. Analoge Ergebnisse wurden nach Ersatz der Phytinsäure durch Natriumoctametaphosphat erhalten.While the phytic acid-poor protein reaches a saturation value at a protein concentration of 0.2 to 0.3 g per 100 ml, the emulsifying capacity of the protein-phytic acid complex steadily increases within the concentration range investigated. Analogous results were obtained after replacement of the phytic acid by sodium octametaphosphate.

Example 2

Rapsalbumin wurde nach dem in Beispiel 1 zitierten Verfahren durch Extraktion von entfettetem Rapsmehl mit Phosphatpuffer, pH 8, und nachfolgende Fraktionierung mittels Ammoniumsulfat gewonnen. Der Phytinsäuregehalt des Trockenpräparates war 1 %. Zur Bestimmung der emulsionsstabilisierenden Wirkung wurde eine 5%ige wäßrige Lösung des Proteins mit einem pHA/Vert von 7 bereitet. Eine zweite Lösung enthält 5% Protein und 1 % Phytinsäure (Protein:Phytinsäure = 1:0,2). Die erhaltenen Werte für die Emulsionsstabilität betragen 74% für das Protein und 88% für den Protein-Phytinsäure-Komplex. Eine Steigerung des Wertes für die Emulsionsstabilität auf 90% \ä?* sich bei Ersatz der Phytinsäure durch Natriumoctametaphosphat erzielen.Colza albumin was obtained by the method cited in Example 1 by extraction of defatted rapeseed meal with phosphate buffer, pH 8, and subsequent fractionation by means of ammonium sulfate. The phytic acid content of the dry preparation was 1%. To determine the emulsion-stabilizing effect, a 5% aqueous solution of the protein with a pHA / Vert of 7 was prepared. A second solution contains 5% protein and 1% phytic acid (protein: phytic acid = 1: 0.2). The emulsion stability values obtained are 74% for the protein and 88% for the protein-phytic acid complex. * Be achieved by Natriumoctametaphosphat in replacement of phytic an increase in the value of emulsion stability at 90% \ ä?.

Example 3

Eine 1%ige wäßrige Lösung von Rapsalbumin wurde bei pH8 mit Natriumoctametaphosphat (Protein-Metaphosphat-Verhältnis = 1:0,5) versetzt. Die klare Lösung wurde durch Zugabe von 0,1 N-Salzsäure gebracht, wobei ein Protein-Metaphosphat-Komplex ausfiel. Es wurde auf eine Proteinkonzentration von 0,5% verdünnt und das System auf 45 bis 55⁰CA 1% aqueous solution of rape albumin was added at pH 8 with sodium octametaphosphate (protein: metaphosphate ratio = 1: 0.5). The clear solution was made by adding 0.1 N hydrochloric acid to precipitate a protein-metaphosphate complex. It was diluted to a protein concentration of 0.5% and the system at 45 to 55 ⁰ C.

erwärmt, wobei sich der Komplex auflöste und die Lösung klarwurde. Bei langsamen Abkühlen schied sich der Komplex feinverteilt aus.heated, whereby the complex dissolved and the solution became clear. Upon slow cooling, the complex was finely divided.

Example 4

Eine 1%ige wäßrige Rapsalbuminlösung wurde bei Zimmertemperatur und pH8 mit steigenden Mengen Natriumoctametaphosphat versetzt, wobei in Abhängigkeit von der Polyanion-Menge zunächst eine Präzipitation, Solubilisierung eintrat. Stufenweises Erhitzen zeigte einen hitzestabilisierenden Effekt des Polyphosphates, der von dessen Konzentration im System bestimmt wurde. Zum quantitativen Vergleich dieses Effektes wurde das System vor dem Erhitzen auf eine Konzentration von 0,3% Protein eingestellt und die bei vefschiedenen Temperaturen behandelten Proben nach dem Abkühlen turbidimetrisch gemessen. Das Ergebnis ist graphisch in Abb. 2 dargestellt. Es belegt den Solubilisierungseffekt des Polyanions im Temperaturbereich zwischen 20 und 80°C bei Protein-Polyanion-Verhältnissen von 1:0,05 bis 1:0,1.A 1% aqueous rapeseed albumin solution was added at room temperature and pH 8 with increasing amounts of sodium octametaphosphate, depending on the amount of polyanion initially a precipitation, solubilization occurred. Stepwise heating showed a heat stabilizing effect of the polyphosphate, which was determined by its concentration in the system. For quantitative comparison of this effect, the system was set to a concentration of 0.3% protein before heating and the samples treated at different temperatures were measured turbidimetrically after cooling. The result is shown graphically in Fig. 2. It demonstrates the solubilization effect of the polyanion in the temperature range between 20 and 80 ° C at protein-polyanion ratios of 1: 0.05 to 1: 0.1.

Claims

claims:

1. A method for modifying the properties of plant proteins, characterized in that vegetable proteins are brought into contact with defined proportions of polyanions containing phosphate groups and these proportions correspond to 0.01 to 0.5 parts by mass, preferably 0.03 to 0.1 parts by mass of the protein These proportions are set by treating an aqueous solution of the protein with the polyanions optionally in combination with a more or less extensive extractive removal of naturally present phosphate-group-containing polyanions during the recovery of the protein, at a fixed pH range and temperature regime, after which the resulting protein Polyanion complex is processed in solution or in a dried state.

2. The method according to claim 1, characterized in that the proteins from phytinsäurehaltigem plant material, in particular rapeseed or soybeans, are isolated and the phytic acid content in the protein is lowered by aqueous extraction scores, which are in the range of the stated mass fraction of the phosphate group-containing polyanion on the protein or less ,

3. The method according to claim 1, characterized in that the phosphate group-containing polyanion is a linear cyclic polyphosphate or polyphosphoric acid ester having at least 4 Phosphosäureresten in the molecule.

4. The method according to claim 1, characterized in that the proteins are modified by combined action of octametaphosphate and phytic acid.

5. The method according to claim 1, characterized in that the treatment of the protein with the polyanion in the pH range between 2.0 and 9.5, preferably between pH 3.5 and 8.0 m temperature range between 10 and 80 ° C, preferably between 20 and 60 ⁰ C, is made.