DE10054516A1 - Extrudiertes Proteinhydrolysat, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Proteinhydrolysat, erhältlich durch kontinuierliche enzymatische Hydrolyse eines proteinhaltigen Substrats, wobei die Hydrolyse in einem Extruder durchgeführt wird, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Proteinhydrolysats sowie dessen Verwendung bei der Herstellung von Kosmetika, Klebstoffen, Waschmitteln, Nahrungsmitteln, Nahrungsergänzungsmitteln, Reinigungsmitteln, Körperpflegemitteln, Lederpflegemitteln und dergleichen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Proteinhydrolysat, erhältlich durch kontinu­ ierliche enzymatische Hydrolyse eines proteinhaltigen Substrats, wobei die Hy­ drolyse in einem Extruder durchgeführt wird, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Proteinhydrolysats sowie dessen Verwendung bei der Herstellung von Kosmetika, Klebstoffen, Waschmitteln, Nahrungsmitteln, Nahrungsergänzungs­ mitteln, Reinigungsmitteln, Körperpflegemitteln, Lederpflegemitteln und derglei­ chen.

Proteinhydrolysate werden auf Grund ihres vielfältigen Eigenschaftsspektrums und ihrer in der Regel leichten Verfügbarkeit in einer Vielzahl von Anwendungs­ produkten für den Endverbraucher, beispielsweise in der Kosmetik oder in Kör­ perpflegemitteln, eingesetzt. Entsprechende Proteinhydrolysate werden dabei häu­ fig aus pflanzlichen oder tierischen Abfällen gewonnen, wie sie bei der Verarbei­ tung entsprechender Pflanzen oder Tiere zu Nahrungsmitteln anfallen. Während die Verarbeitung pflanzlichen Proteine oder die Verarbeitung kollagenhaltiger Tierproteine zu Proteinhydrolysaten in der Regel kein Problem darstellt, gestaltet sich die Aufarbeitung keratinhaltiger Tierabfälle wie Wolle, Federn, Hufen, Hör­ nern und dergleichen schwierig.

Diese Schwierigkeiten sind in der gegenüber anderen Proteinen besonderen Struk­ tur des Keratins begründet. Keratin weist im Vergleich zu anderen Proteinen eine hohe Anzahl an Disulfidbrücken auf, wodurch Keratin zwar eine hohe Festigkeit erhält, ein chemischer Abbau jedoch stark erschwert wird.

Aufgrund der reichlich vorhandenen Keratinquellen hat es in der Vergangenheit nicht an Versuchen gefehlt, tierische Keratinprodukte derart zu behandeln, daß eine Verwendung der in den Keratinprodukten enthaltenen Proteinanteile bei der Herstellung verschiedenartigster Produkte ermöglicht wird.

Um das in keratinhaltigen Produkten enthaltene Keratin in eine zur Weiterverar­ beitung geeignete Form zu überführen, muss das Proteingerüst gespalten und zer­ kleinert werden. Übliche, aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren bedie­ nen sich zur Herbeiführung einer derartigen Spaltung etwa der hydrolytischen Spaltung in wäßriger Lösung. Hierbei wird beispielsweise ein keratinhaltiges Pro­ dukt bei erhöhten Temperaturen (beispielsweise etwa 140°Celsius) und erhöhtem Druck (beispielsweise etwa 350 kPa) eine Zeit von etwa 30 bis etwa 70 Minuten behandelt. Hierbei wird das Keratin zwar deaktiviert und kann anschließend leich­ ter gespalten werden, die Behandlung führt jedoch zu einer irreversiblen Zerstö­ rung eines Teils der Aminosäuren. Hierdurch wird zum einen die Qualität des Hydrolysats nachteilig beeinflusst zum anderen ist der Einsatz eines derartigen Hydrolysats stark eingeschränkt.

Als Alternative zu diesem eingangs geschilderten Verfahren wurden keratinhalti­ ge Produkte beispielsweise bei pH-Werten von weniger als etwa 2 bis etwa 4 oder bei pH-Werten von mehr als etwa 10, bei 100°Celsius oder darüber für 2 bis 20 Stunden behandelt. Zwar lässt sich durch eine derartige Behandlung das Keratin­ gerüst aufbrechen, wobei Polypeptide, Oligopeptide und sogar freie Aminosäuren entstehen, jedoch werden auch bei diesem Verfahren Aminosäuren irreversibel zerstört. Darüber hinaus können künstliche, toxische Aminosäuren wie Lanthionin oder Lysinoalanin entstehen.

Um diesen Nachteilen zu begegnen wurde versucht, keratinhaltiges Material einer enzymatischen Spaltung zu unterziehen. So beschreibt beispielsweise die EP-A 0 499 261 Verfahren zur Hydrolyse von Keratin bei dem ein keratinhaltiges Materi­ al zunächst mit einer wäßrigen, Sulfitionen enthaltenden Lösung behandelt und anschließend unter Zuhilfenahme eines proteolytischen Enzyms in Keratinhydro­ lysat überführt wird. Die Vorbehandlung mit der Sulfitionen enthaltenden Lösung erfolgt bei einem pH-Wert von 6 bis 9, bei einer Temperatur von 60 bis 100°C während einer Zeitspanne von 10 min bis 4 Stunden. Die anschließende Proteoly­ se erfolgt durch mehrstufigen Eintrag des vorbehandelten, keratinhaltigen Materi­ als in die enzymhaltige Hydrolysemischung. Nachteilig wirkt sich beim beschrie­ benen Verfahren die Tatsache aus, daß keine kontinuierliche Behandlung von ke­ ratinhaltigem Material möglich ist. Darüber hinaus läuft die in der Druckschrift beschriebenen Hydrolyse nur sehr langsam ab.

Die US-A 6,027,608 betrifft ein Verfahren zur Umwandlung von Geflügelfedern in brauchbare Produkte. Beim beschriebenen Verfahren wird ein Strom aus Ge­ flügelfedern entweder chargenweise oder im Gegenstrom einem Konzentrations­ gradienten eines Lösemittels ausgesetzt, wobei die Federn dehydriert, denaturiert und entölt werden. Hierbei werden zum einen Öle und Proteine aus dem Flüssig­ keitsstrom, zum anderen trockene Fasern und Proteinpulver erhalten. Eine chemi­ sche Aufspaltung des Keratins wird nicht beschrieben.

Die US-A 5,772,968 betrifft ein Hydrolysesystem mit einem Schraubenförderer und einem Hydrolysator. Keratinhaltiges Material wird zunächst im Schrauben­ förderer komprimiert und entwässert und anschließend über eine Expansions­ kammer dem Hydrolysator zugeführt. Im Hydrolysator wird das keratinhaltige Material anschließend mit Dampf behandelt. Eine enzymatische Hydrolyse wird in der Druckschrift nicht beschrieben.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Methoden zur Hydrolyse keratinhalti­ ger Materialien weisen damit eine Reihe von Nachteilen auf, die bisher eine Verwertung keratinhaltiger Abfälle in großem Umfang erschweren. Die bekannten Verfahren führen entweder zu Produkten deren Einsatz in sensiblen Bereichen wie Kosmetik oder in der menschlichen Nahrungsergänzung aufgrund toxischer oder potenziell toxischer Bestandteile unmöglich ist, oder die Verfahren als solche sind auf Grund einer zu langen Verfahrensdauer oder einer mangelnden Qualität des Verfahrensprodukts nur von begrenzter wirtschaftlicher Relevanz.

Es bestand daher ein Bedarf nach neuen Proteinhydrolysaten, welche zum Einsatz in einer Vielzahl von Produkten geeignet sind. Insbesondere bestand ein Bedarf nach Proteinhydrolysaten, die im wesentlichen keine toxischen Bestandteile auf­ weisen. Weiterhin bestand ein Bedarf nach einem Verfahren zur Herstellung sol­ cher Keratinhydrolysate, das eine kontinuierliche und schnelle Umwandlung pro­ teinhaltiger Materialien in die entsprechenden Hydrolysate ermöglicht.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand demnach darin, derartige Prote­ inhydrolysate sowie ein Verfahren zu deren Herstellung zur Verfügung zu stellen.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch Proteinhydrolysate sowie Verfahren zu deren Herstellung gelöst, wie sie im folgenden Text beschrieben sind.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist damit ein Proteinhydrolysat, erhältlich durch kontinuierliche enzymatische Hydrolyse eines Proteinhaltigen Substrats, wobei die Hydrolyse in einem Extruder durchgeführt wird.

Unter einem "Proteinhydrolysat" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Gemisch verstanden, das zu mindestens etwa 20 Gew.-% aus Polypeptiden oder Oligopeptiden besteht, die durch chemische Spaltung des zu hydrolysierenden Proteins entstanden sind. Die Polypeptide oder Oligopeptide weisen ein Molekulargewicht auf, das geringer ist als das Molekulargewicht des Proteins vor der Hydrolyse. Ein erfindungsgemäßes Proteinhydrolysat kann jedoch auch Protein­ bestandteile aufweisen, deren Molekulargewicht größer ist, als das ursprüngliche Molekulargewicht des Proteins im proteinhaltigen Material vor der Hydrolyse.

Die erfindungsgemäßen Proteinhydrolysate können grundsätzlich Hydrolysepro­ dukte von allen synthetischen oder natürlich vorkommenden Proteinen enthalten. Entsprechende Proteine sind beispielsweise natürliche Proteine aus Pflanzen die Mais, Maiszein, Soja, Weizen, Weizengluten, Gerste, Gerstengluten, Kartoffeln, Erbsen und dergleichen. Ebenfalls geeignet sind tierische Proteine, insbesondere Kollagen, Casein, Gelatine, Molkeprotein oder Keratin.

Die erfindungsgemäßen Proteinhydrolysate können daher grundsätzlich aus allen entsprechenden Proteinquellen hergestellt werden. Vorzugsweise werden jedoch zur Herstellung der erfindungsgemäßen Proteinhydrolysate Proteinquellen einge­ setzt, die als Protein mindestens Keratin enthalten. Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten die erfindungsgemäßen Proteinhydrolysate daher Hydrolyseprodukte, wie sie durch den Abbau von Kera­ tin erhältlich sind. Dem steht jedoch nicht entgegen, daß zur Herstellung der er­ findungsgemäßen Proteinhydrolysate beispielsweise Proteinquellen eingesetzt werden, die mehr als einen Proteintyp enthalten. Geeignet sind beispielsweise Proteinquellen, die neben Keratin noch Kollagen oder Gluten oder beides enthal­ ten.

Das erfindungsgemäße Proteinhydrolysat zeichnet sich dadurch aus, daß es was­ serlöslich ist. Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung lösen sich mindestens 0,1 g des gesamten Proteinhydrolysats in 100 ml Wasser. Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung ist die Löslichkeit jedoch höher, beispielsweise mindestens etwa 0,5 g/100 ml oder mindestens etwa 1 g/100 ml oder mindestens etwa 1,5 g/100 ml oder mindestens etwa 2 g/100 ml. Die Löslichkeit des erfindungsgemäßen Prote­ inhydrolysats läßt sich beispielsweise erhöhen, wenn als Lösemittel statt Wasser eine Wasser/Alkohol-Gemisch eingesetzt wird. So steigt die Löslichkeit des erfin­ dungsgemäßen Proteinhydrolysats in einem Gemisch aus Wasser und Alkohol im Verhältnis von 80 zu 20 auf etwa 80 Gew.-% an.

Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung enthält das erfindungsgemäße Proteinhydrolysat mindestens etwa 40 Gew.- % an Peptidbestandteilen, die aus der Hydrolyse von Keratin stammen. Vorzugs­ weise liegt der Anteil jedoch darüber, beispielsweise bei mindestens etwa 50, 60, 70 oder 80 Gew.-%.

Das Molekulargewicht der Peptidbestandteile im erfindungsgemäßen Proteinhy­ drolysat beträgt etwa 0,5 bis etwa 15, beispielsweise 1 bis etwa 10 kD, beispiels­ weise etwa 3,5 bis etwa 6 kD (bestimmt durch SDS-Gelelektrophorese).

Das erfindungsgemäße Proteinhydrolysat wird im Rahmen der vorliegenden Er­ findung vorzugsweise aus proteinhaltigen Naturprodukten, insbesondere aus kera­ tinhaltigen Naturprodukten gewonnen. Als proteinhaltige Naturprodukte eignen sich beispielsweise pflanzliche Proteine tragende Naturstoffe wie Mais, Weizen, Gerste, Soja oder tierische Eiweißprodukte enthaltende Stoffe wie Schlachtabfäl­ le, Wolle, Federn, Haare, Hufe, Hörner, Borsten und dergleichen tierische Abfall­ produkte, wie sie bei der Verarbeitung von Tierkörpern anfallen. Besonders ge­ eignet sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung Vogelfedern, inbesondere Hühnerferdern.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Proteinhydrolysate können Materialien eingesetzt werden, deren Wassergehalt innerhalb eines weiten Bereichs liegt. Ge­ eignet sind beispielsweise keratinhaltige Substrate, die im wesentlichen wasserfrei sind, d. h., deren Wassergehalt bei weniger als etwa 1 Gew.-% liegt. Darüber hin­ aus können bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Proteinhydrolysate prote­ inhaltige Substrate eingesetzt werden, die einen Wassergehalt von mehr als etwa 90 Gew.-%, beispielsweise etwa 99 Gew.-% oder mehr, aufweisen. Entsprechende proteinhaltige Substrate, deren Wassergehalt in den Randbereichen des obenge­ nannten Intervalls liegt, sollten jedoch vor der Herstellung der erfindungsgemäßen Proteinhydrolysate in ihrem Wassergehalt angepasst werden, um eine optimale Hydrolyse zu ermöglichen.

So sollte der Wassergehalt der proteinhaltigen Substrate bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Proteinhydrolysats innerhalb bestimmter Grenzen liegen. Die enzymatische Hydrolyse sollte bei Wassergehalt von mindestens etwa 5 Gew.-% durchgeführt werden um eine ausreichende Produktqualität zu erreichen. Die O­ bergrenze für den Wassergehalt beträgt etwa 95 Gew.-%. Vorzugsweise liegt der Wassergehalt des proteinhaltigen, insbesondere keratinhaltigen Substrats bei etwa 10 bis etwa 60, insbesondere bei etwa 20 bis etwa 50 Gew.-%. Besonders gute Ergebnisse lassen sich bei der Hydrolyse keratinhaltiger Substrate beispielsweise dann erzielen, wenn das Gewichtsverhältnis von keratinhaltigem Substrat, insbe­ sondere von Hühnerfedern, zu Wasser etwa 2 zu 1 beträgt.

Das erfindungsgemäße Proteinhydrolysat wird im Rahmen der vorliegenden Er­ findung durch enzymatische Hydrolyse gewonnen. Als Enzyme eignen sich grundsätzlich alle Proteine spaltenden Enzyme, die zu einer Spaltung der oben genannten Proteine, insbesondere von Keratin, in der Lage sind. Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Proteolyse jedoch in Gegenwart eines Enzyms ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ba­ tinase (Hersteller: Genencor), Proleather (Hersteller: Amano), Protease L 660 (Hersteller: Genencor), Esperase (Hersteller: Novo Nordisk), Alcalase 2.4L (Hersteller: Novo Nordisk), Savinase (Hersteller: Novo Nordisk und Purafect 4000 L (Hersteller: Genencor), oder einem Gemisch aus zwei oder mehr davon, durchge­ führt. Besonders geeignet im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist Savinase 16L Ex.

Die zu den erfindungsgemäßen Proteinhydrolysaten führende Hydrolyse wird mit Hilfe eines Extruders durchgeführt. Als Extruder sind grundsätzlich alle Arten von Extrudern geeignet, die eine ausreichende Durchmischung und eine ausrei­ chende Scherung des proteinhaltigen Substrats gewährleisten. Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jedoch ein Dop­ pelschraubenextruder eingesetzt, da hier eine besonders gute Vermischung des proteinhaltigen Substrats stattfindet.

Das proteinhaltige Substrat kann grundsätzlich in beliebiger Form dem Extruder zugeführt werden. Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform wird jedoch ein proteinhaltiges Substrat zur Herstellung der erfindungsgemäßen Protein­ hydrolysate eingesetzt, das vor seiner Zuführung zum Extruder zerkleinert wurde. Geeignete Zerkleinerungsmethoden sind beispielsweise Schneiden oder Vermah­ len, wobei insbesondere bei keratinhaltigen Produkten wie Hörnern oder Hufen das Vermahlen bevorzugt ist. Wenn wie im Rahmen einer besonderen Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung bevorzugt, als keratinhaltiges Substrat Fe­ dern eingesetzt werden, so können diese grundsätzlich in ihrer vorliegenden Form dem Extruder zugeführt werden. Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung wird jedoch grundsätzlich das gesamte keratinhaltige Substrat vor der Zuführung zum Extruder zerkleinert. Eine Zerklei­ nerung kann beispielsweise dahingehend geschehen, daß das dem Extruder zuge­ führte keratinhaltige Substrat im wesentlichen in Pulverform vorliegt. Es ist je­ doch ebenso möglich dem Extruder ein keratinhaltiges Substrat zuzuführen, das beispielsweise durch Zerschneiden, Zerhacken, Mahlen oder dergleichen zerklei­ nert wurde. Grundsätzlich sind hier beispielsweise Methoden geeignet, wie sie bei der industriellen Verarbeitung von Federn für Bekleidungszwecke oder für Kissen oder ähnliche Waren eingesetzt werden.

Geeignete Zerkleinerungsstufen für das keratinhaltige Material sind beispielswei­ se Größen von etwa 2 cm in der längsten Ausdehnung bis hin zu einigen µm. Wenn Federn als keratinhaltige Materialien eingesetzt werden, so können diese beispielsweise derart vorzerkleinert sein, daß nur die Federkiele gebrochen sind und die Federn beispielsweise eine größte Ausdehnung in mindestens einer Raumachse von etwa 1 cm aufweisen. Grundsätzlich sind jedoch auch Zerkleine­ rungsstufen geeignet, bei denen beispielsweise die einzelnen Federfasern nicht mehr erkennbar sind, wobei die Ausdehnung der zerkleinerten Federteilchen etwa 1 mm bis weniger als etwa 10 mm beträgt. In einer weiteren geeigneten Zerklei­ nerungsstufe beträgt die Größe der Federteilchen weniger als etwa 1 mm. Derarti­ ge Federteilchen liegen dann als Mehle vor und weisen eine Größe von etwa 10 µm bis weniger als etwa 1000 µm auf.

Neben oder anstatt einer der angesprochenen Zerkleinerungsmethoden kann das keratinhaltige Substrat beispielsweise durch Extrusion in eine Form gebracht wer­ den, die eine Weiterbehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung erlaubt. Eine derartige Extrusion kann beispielsweise am keratinhaltigen Substrat, wie es gelie­ fert wird, durchgeführt werden. Entscheidend ist hierbei nur, daß das keratinhalti­ gen Substrat einer Extrusion unterzogen wird. Es ist jedoch ebenso möglich, dem keratinhaltigen Substrat bei einem solchen Extrusionsschritt einen Zusatzstoff oder ein Gemisch aus zwei oder mehr Zusatzstoffen zuzugeben, welche sich bei der Herstellung des Proteinhydrolysats in den nachfolgenden Schritten vorteilhaft auswirken. Eine solche Vorbehandlung durch Extrusion kann beispielsweise bei Raumtemperatur stattfinden. Es ist jedoch ebenso möglich die Vorbehandlung bei erhöhten Temperaturen, beispielsweise bei einer Temperatur von etwa 30 bis etwa 100°C durchzuführen.

Das dem Extruder zuzuführende proteinhaltige Substrat kann im wesentlichen in der Form eingesetzt werden, in der es gewonnen wurde. Im Rahmen einer bevor­ zugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jedoch ein keratinhal­ tiges Substrat eingesetzt, das vor seiner Zuführung zum Extruder einem Reini­ gungsschritt unterzogen wurde. Vorzugsweise wird ein keratinhaltiges Substrat eingesetzt, das im wesentlichen von tierischen Fetten und Ölen befreit wurde.

Zur Reinigung des Keratinhaltigen Materials kann dieses beispielsweise gewa­ schen und getrocknet werden. Während des Waschvorgangs können beispielswei­ se Tenside vorliegen, die ein Abtrennen von tierischen Fetten und Ölen von den keratinhaltigen Materialien erleichtern. Ebenfalls als Reinigungsmethode geeignet ist die Behandlung des keratinhaltigen Materials mit Wasserdampf.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Proteinhydrolysate wird das proteinhalti­ ge Substrat dem Extruder zugeführt. Dabei kann eine Vermischung des protein­ haltigen Substrats mit dem Enzym oder dem Gemisch aus zwei oder mehr Enzy­ men bereits vor der Zuführung zum Extruder erfolgen. Im Rahmen einer bevor­ zugten Ausführungsform wird jedoch eine Vermischung von Enzymen und prote­ inhaltigem Substrat erst im Extruder vorgenommen.

Wenn der Extruder ausreichend mit keratinhaltigem Material befällt ist, wird vor­ zugsweise an einer Stelle die, bezogen auf die Flussrichtung des proteinhaltigen Materials im Extruder, stromabwärts von der Befüllungsstelle mit proteinhaltigem Substrat gelegen ist, eine Enzymlösung mit dem proteinhaltigen Substrat ver­ mischt. Die Enzymlösung wird dabei in einer Menge zugegeben, die einerseits die Konzentration des Enzyms in bezug auf das proteinhaltige Substrat einstellt und andererseits den Wassergehalt des proteinhaltigen Substrats im Extruder auf den gewünschten Wert einstellt.

Die Schraubengeschwindigkeit des Extruders wird dabei so eingestellt, daß wäh­ rend der Verweildauer des mit dem Enzym vermischten proteinhaltigen Substrats im Extruder das im proteinhaltigen Substrat vorliegende Protein in ausreichender Weise gespalten wird. Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung beträgt die Verweildauer des proteinhaltigen Substrats, ins­ besondere eines keratinhaltigen Substrats im Extruder etwa 1 min bis etwa 120 min, beispielsweise etwa 2 min oder etwa 3 min bis etwa 30 min.

Die Zeit, die das mit dem Enzym vermischte keratinhaltige Substrat im Extruder verweilt ist beispielsweise von der Temperatur im Extruder abhängig. Grundsätz­ lich ist jede Temperatur geeignet, die in Verbindung mit einer ausreichenden Verweildauer im Extruder zu einem Proteinhydrolysat der gewünschten Qualität führt. Eine Obergrenze für die Extrusionstemperaturen liegt beispielsweise in der Temperatur, bei welcher die für den Abbau der Proteine verantwortlichen Enzyme denaturiert werden. Hierbei ist jedoch zu beachten, daß ein Arbeiten bei oder zu­ mindest in der Nähe der Denaturierungstemperatur nicht grundsätzlich zu unbrauchbaren Ergebnissen führt. So kann beispielsweise ein Arbeiten bei oder in der Nähe der Denaturierungstemperatur dann zu guten Ergebnissen führen, wenn die Verweildauer des mit dem Enzym vermischten, proteinhaltigen Substrats in einer eine derartige Temperatur aufweisenden Zone ausreichend kurz ist, so daß eine vorzeitige Denaturierung des Enzyms verhindert wird und das Enzym die gewünschte Spaltungsaktivität zeigt.

Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung herrscht im Extruder eine Temperatur von mindestens etwa 30°C, vorzugsweise mindestens etwa 40°C. Gute Ergebnisse lassen sich beispielsweise bei Tempera­ turen von etwa 50°C bis etwa 95°C, insbesondere etwa 60°C bis etwa 80°C erzielen. Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenfalls möglich, daß das proteinhaltige, mit einem Enzym oder einem Gemisch aus zwei oder mehr Enzy­ men vermischte Substrat im Extruder keiner uniformen Temperatur ausgesetzt wird, sondern daß ein Temperaturgradient durchlaufen wird. In diesem Fall ist beispielsweise vorgesehen, daß die Temperatur im Einfüllbereich des proteinhal­ tigen Substrats etwa 20 bis 30°C beträgt. In Abhängigkeit von der gewünschten Extrusionstemperatur kann anschließend ein Temperaturprofil durchlaufen wer­ den, das beispielsweise dem Schema 50-60-60-60-60-60 (Extrusion bei 60°C) oder dem Schema 50-70-90-90-90-90 (Extrusion bei 90°C) entspricht. Hierbei geben die einzelnen Zahlen die Temperatur für im wesentlichen gleiche Längen­ abschnitte innerhalb des Extruders an. Weitere geeignete Temperaturprofile sind beispielsweise 40-50-60-60-60-60, 50-60-70-80-90-90, 50-90-90-90-90-90, 60- 90-90-90-90-90, 70-90-90-90-90-90, 50-70-70-90-90-90, 50-70-70-70-90-90, 60- 60-60-90-90-90.

Wenn die Extrusionstemperatur bzw. die Extrusionstemperatur in Verbindung mit der Verweildauer des mit dem Enzym vermischten proteinhaltigen Substrats bei dieser Temperatur nicht zu einer vollständigen Denaturierung der im proteinhal­ tigen Substrat enthaltenen Enzyme führt, kann im Anschluß an die Extrusion noch ein Denaturierungsschritt durchgeführt werden. Hierbei wird das mit dem Enzym vermischte, proteinhaltige bzw. bereits enzymatisch hydrolysierte Substrat einer Temperatur ausgesetzt, bei welcher eine Denaturierung des Enzyms oder des Ge­ mischs aus zwei oder mehr Enzymen erfolgt. Eine derartige Denaturierung kann beispielsweise innerhalb des Extruders stattfinden. Es ist jedoch ebenso möglich, daß die Denaturierung außerhalb des Extruders in einem separaten Reaktor durch­ geführt wird. Geeignete Denaturierungstemperaturen sind beispielsweise Tempe­ raturen oberhalb von etwa 100°C, beispielsweise mindestens etwa 110°C oder mindestens etwa 120°C.

Die Denaturierung kann anstatt durch Temperaturerhöhung auch durch andere geeignete Denaturierungsverfahren, beispielsweise durch eine Verringerung des pH-Werts auf einen Wert von 5 oder weniger, durch den Zusatz von SDS oder durch Zusatz von denaturierend wirkenden Verbindungen, beispielsweise Harn­ stoff, erzielt werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist eine temperatur­ gesteuerte Denaturierung bevorzugt. Gegebenenfalls können die oben genannten Denaturierungsschritte als Kombination aus zwei oder mehr der genannten Schrit­ te, beispielsweise als Kombination aus Temperaturerhöhung und pH-Wert, durch­ geführt werden.

Die Konzentration des Enzyms oder des Gemischs aus zwei oder mehr Enzymen bzw. der Anteil des Enzyms oder des Gemischs aus zwei oder mehr Enzymen am proteinhaltigen Substrat kann in Abhängigkeit von der Extrusionstemperatur bzw. der Verweildauer des Gemischs aus Enzym oder Enzymen und proteinhaltigem Substrat innerhalb eines breiten Bereichs liegen. Geeignete Enzymanteile liegen beispielsweise zwischen etwa 0,5 und etwa 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des proteinhaltigen Substrats. Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt der Anteil des Enzyms oder des Gemischs aus zwei oder mehr Enzymen etwa 0,8 bis etwa 15 Gew.-%, beispielsweise etwa 1 bis etwa 12 Gew.-%, insbesondere etwa 5 bis etwa 10 Gew.-%.

Der pH-Wert des mit dem Enzym oder dem Gemisch aus zwei oder mehr Enzy­ men vermischten, proteinhaltigen Substrats beträgt bei der Herstellung der erfin­ dungsgemäßen Proteinhydrolysate mehr als etwa 6, insbesondere mehr als etwa 7. Geeignete pH-Werte liegen beispielsweise in einem Bereich von etwa 7,5 bis etwa 12, insbesondere bei etwa 8 bis etwa 10. im Rahmen einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung wird zur Stabilisierung des pH-Werts dem mit dem Enzym oder dem Gemisch aus zwei oder mehr Enzymen vermischten proteinhaltigen Substrat ein Puffer zugegeben. Geeignete Puffer sind beispiels­ weise die so genannten Tris-Puffer, die auf Tris(hydroxymethyl)-aminomethan basieren. Weitere geeignete Puffer sind beispielsweise Tricine (Tris(hydroxymethyl)methylglycin), Diethanolamin, Ethanolamin, Borsäure, Glycin, Ammoniumverbindungen und dergleichen.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das proteinhaltige Substrat vor der enzymatischen Hydrolyse oder währenddessen einem Reduktionsschritt unterzogen. Dieser Reduktionsschritt ist insbesondere dann bevorzugt, wenn als proteinhaltiges Substrat ein keratinhaltiges Substrat eingesetzt wird.

Die Durchführung eines solchen Reduktionsschritts kann beispielsweise im Rah­ men eines Zerkleinerungsschrittes vor der eigentlichen Proteolyse stattfinden. Hierzu wird das proteinhaltige Substrat zusammen mit einer Lösung eines Reduk­ tionsmittels extrudiert.

Als Reduktionsmittel eignen sich grundsätzlich alle Reduktionsmittel, welche die in Proteinen enthaltenen Disulfidbrücken spalten können. Insbesondere bei der Spaltung keratinhaltiger Substrate sind beispielsweise Sulfite oder Sulfide der Alkalimetalle, beispielsweise Natriumsulfit oder Natriumsulfid, als Reduktions­ mittel geeignet, wobei im Rahmen der vorliegenden Erfindung Natriumsulfid be­ sonders bevorzugt ist. Ebenfalls als Reduktionsmittel geeignet sind beispielsweise Thioglykolsäure, Alkalithioglycolate wie Natriumthioglykolat oder Schwefelwas­ serstoff. Die genannten Reduktionsmittel können im Rahmen der vorliegenden Erfindung alleine oder als Gemisch aus zwei oder mehr davon eingesetzt werden.

In einem derartigen, der enzymatischen Hydrolyse vorgelagerten Reduktions­ schritt kann das Reduktionsmittel beispielsweise in gelöster Form dem proteinhal­ tigen Substrat zugegeben werden. Zweckmäßigerweise erfolgt eine solche Zugabe in einem Extruder an der Stelle, an der üblicherweise die enzymhaltige Lösung dem proteinhaltigen Substrat zugeführt wird. Der vorgelagerte Reduktionsschritt kann bei Temperaturen von etwa 20 bis etwa 95°C durchgeführt werden, beson­ ders geeignete Temperaturen liegen beispielsweise in einem Bereich von etwa 50 bis etwa 70°C.

Die Konzentration des Reduktionsmittels oder des Gemischs aus zwei oder mehr Reduktionsmitteln sollte im Rahmen der vorliegenden Erfindung etwa 0,5 bis et­ wa 15 Gew.-%, bezogen auf das proteinhaltige Substrat, betragen. Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die Kon­ zentration des Reduktionsmittels oder des Gemischs aus zwei oder mehr Redukti­ onsmitteln etwa 2 bis etwa 10 Gew.-%, bezogen auf das proteinhaltige, insbeson­ dere das keratinhaltige Substrat.

Während des Reduktionsschritts sollte der Wassergehalt des proteinhaltigen Sub­ strats etwa 10 bis etwa 90 Gew.-%, insbesondere etwa 15 bis etwa 50 Gew.-% oder etwa 30 bis etwa 43 Gew.-%, bezogen auf das gesamte im Extruder befindli­ che Gemisch, betragen. Eine entsprechende Anpassung des Wassergehalts des proteinhaltigen Substrats kann beispielsweise durch vorheriges Trocknen des pro­ teinhaltige Substrats oder durch eine entsprechende Wasserzugabe erfolgen. Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Wassergehalt durch die Zugabe der Lösung des Reduktionsmittels oder des Ge­ mischs aus zwei oder mehr Reduktionsmitteln gesteuert.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Reduktionsschritt gleichzeitig mit der enzymatischen Hydrolyse stattfinden. Hier­ zu wird dem proteinhaltigen Substrat gleichzeitig Reduktionsmittel oder ein Ge­ misch aus zwei oder mehr Reduktionsmitteln und ein Enzym oder ein Gemisch aus zwei oder mehr Enzymen zugeführt. Unter "gleichzeitig" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Verfahrensweise verstanden, bei welcher Reduktion und enzymatischen Hydrolyse während eines Extrusionsschrittes stattfinden. Die Zugabe von Reduktionsmittel und Enzym kann dabei innerhalb des Extruders gleichzeitig erfolgen, beispielsweise mittels einer Lösung, die sowohl ein Reduk­ tionsmittel oder ein Gemisch aus zwei oder mehr Reduktionsmitteln als auch ein Enzym oder ein Gemisch aus zwei oder mehr Enzymen enthält. Es ist jedoch e­ benso möglich, daß Reduktionsmittel und Enzym an zwei verschiedenen Stellen innerhalb des Extruders, d. h., im Hinblick auf die Extrusion nacheinander, zuge­ geben werden. In diesem Fall ist es bevorzugt, wenn die Zugabe des Reduktions­ mittels stromaufwärts, vor der Zugabe des Enzyms (bezogen auf die Extrusions­ richtung) erfolgt.

Wenn Reduktionsschritt und enzymatische Hydrolyse im obigen Sinne gleichzei­ tig stattfinden, so gelten für die während der Reduktion und Hydrolyse herrschen­ den Temperaturen bzw. für entsprechende Temperaturprofile die oben gemachten Angaben. Entsprechendes gilt für die Konzentration an Reduktionsmittel oder Enzymen sowie den Wassergehalt des proteinhaltigen Substrats.

Wenn die Herstellung des erfindungsgemäßen Proteinhydrolysats in zwei oder mehr Stufen stattfindet, so können die entsprechenden Stufen entweder direkt hin­ tereinander geschaltet sein oder es können zwischen zwei oder mehr Stufen zeitli­ che oder räumliche Unterbrechungen stattfinden. Wenn die Herstellung des erfin­ dungsgemäßen Proteinhydrolysats kontinuierlich erfolgen soll, so kann eine mehrstufige Verfahrensweise beispielsweise dahingehend durchgeführt werden, daß mehrere Extruder hintereinander geschaltet werden und das Extrudat eines vorangehenden Extruders einem nächsten Extruder zugeführt wird. Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch ebenso vorgesehen, daß die Herstel­ lung des erfindungsgemäßen Proteinhydrolysats in einer Schleife durchgeführt wird, wobei Extrudat zusammen mit unbehandeltem proteinhaltigem Substrat dem Extruder zugeführt wird. Eine entsprechende Verfahrensweise ist auch bei einem mehrstufigen Verfahren mit zwei oder mehr hintereinander geschalteten Extru­ dern möglich. Hierbei kann grundsätzlich jeder einzelne Extruder in Form eines Schleifenreaktors rückgekoppelt sein, d. h., daß zumindest ein Teil des den jewei­ ligen Extruder verlassenden Extrudats zusammen mit im jeweiligen Extruder noch nicht behandeltem Material in den Extruder zurückgeführt wird. Es ist jedoch ebenso möglich, daß beispielsweise eine derartige Rückkopplung mit zwei Extru­ dern stattfindet, d. h., daß das einen nachfolgenden Extruder verlassende Extrudat einem vorangehenden Extruder wieder zugeführt wird. Weiterhin möglich ist eine Verfahrensweise, welche die oben genannten Schritte kombiniert. Wenn bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Proteinhydrolysate beispielsweise drei Extru­ der beteiligt sind, so kann eine Rückkopplung an einem Extruder stattfinden und eine weitere Rückkopplung unter Beteiligung von zwei Extrudern.

Wenn die Herstellung der erfindungsgemäßen Proteinhydrolysate unter Beteili­ gung von mehreren Extrudern stattfindet, so können in den unterschiedlichen Ex­ trudern unterschiedliche Herstellungsbedingungen herrschen. So können sich die in den jeweiligen Extrudern herrschenden Bedingungen beispielsweise in Tempe­ ratur, Wassergehalt, Konzentration der beteiligten Reaktanden oder weiteren Her­ stellungsbedingungen unterscheiden. Insbesondere dann, wenn in mehreren Stu­ fen jeweils unterschiedliche Reaktanden den zugeführt werden, kann sich der Wassergehalt eines im Extruder befindlichen Gemischs gegenüber dem Wassergehalt in einem vorgeschalteten Extruder verändern.

Gegebenenfalls können bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Proteinhydro­ lysate neben dem proteinhaltigen Substrat, einem Enzym oder einem Gemisch aus zwei oder mehr Enzymen und ggf. einem Reduktionsmittel oder einem Gemisch aus zwei oder mehr Reduktionsmitteln noch weitere Zusatzstoffe vorliegen. Ge­ eignete weitere Zusatzstoffe sind beispielsweise die Denaturierung der zu hydroli­ sierenden Proteine unterstützende Zusatzstoffe wie Harnstoff. Weiterhin als Zu­ satzstoffe geeignet sind SDS, chaotrope Salze oder Säuren.

Das erfindungsgemäße Proteinhydrolysat kann, je nach Herstellungsverfahren, in unterschiedlichen Formen vorliegen. In Abhängigkeit vom Hydrolysegrad und Wassergehalt des Extrudats kann das Proteinhydrolysat beispielsweise als Flüs­ sigkeit vorliegen. Die Viskosität der Flüssigkeit kann dabei ebenfalls in Abhän­ gigkeit von den obengenannten Parameter schwanken. Die erfindungsgemäßen Proteinhydrolysate können beispielsweise als relativ dünnflüssige Masse, als vis­ kose Masse oder als zähflüssiger Brei vorliegen. Die erfindungsgemäßen Protein­ hydrolysate können darüber hinaus noch in im wesentlichen fester Form vorlie­ gen. In Abhängigkeit vom Wassergehalt einen die Proteinhydrolysate den Extru­ der beispielsweise als Paste, Granulat, Pulver oder dergleichen verlassen.

Die extrudiert Proteinhydrolysate können im Anschluß an die Extrusion noch wei­ teren Behandlungsschritte unterzogen werden. Derartige Behandlungsschritte um­ fassen beispielsweise das Trocknen, Bleichen oder Formen der Proteinhydrolysa­ te.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es insbesondere vorgesehen, die Prote­ inhydrolysate zu Bleichen. Grundsätzlich sind hierzu alle Verfahren geeignet, die eine Entfärbung der Proteinhydrolysate bewirken. Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Proteinhydrolysate je­ doch durch Behandlung mit Aktivkohle oder durch Behandlung mit Peroxover­ bindungen, beispielsweise Wasserstoffperoxid oder Perameisensäure, oder einem Gemisch aus zwei oder mehr der genannten Verfahren, gebleicht.

Neben den oben bereits geschilderten Proteinhydrolysate, betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zu deren Herstellung. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher auch ein Verfahren zur Herstellung eines Proteinhydrolysats, bei dem ein keratinhaltiges Substrat in einem Extruder einer kontinuierlichen en­ zymatischen Hydrolyse unterzogen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere in Gegenwart eines Enzyms ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Batinase, Proleather, Protease L 660, Esperase, Alcalase, Savinase und Purafect 4000L, oder einem Gemisch aus zwei oder mehr davon, durchgeführt. Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung wird das erfindungsgemäße Verfahren in Gegenwart eines Reduktionsmittels durchgeführt. Im Rahmen einer weiteren be­ vorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das erfindungsge­ mäße Verfahren in zwei oder mehr Stufen durchgeführt.

Für das erfindungsgemäße Verfahren gelten darüber hinaus die bereits im Rahmen der Schilderung der Herstellung der Proteinhydrolysate genannten Verfahrenspa­ rameter, auf die hier vollumfänglich Bezug genommen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt darüber hinaus die Einstellung des Mo­ lekulargewichts der entstehenden Produkte über die Verfahrensparameter. So las­ sen sich mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise auch Prote­ inhydrolysate erhalten, die Produktbestandteile aufweisen, die ein höheres Mole­ kulargewicht aufweisen, als die entsprechenden Ausgangsverbindungen.

Die erfindungsgemäßen Proteinhydrolysate eignen sich beispielsweise zur Her­ stellung von Kosmetika, Klebstoffen, Tensiden, Waschmitteln, Nahrungsmitteln, Nahrungsergänzungsmitteln, Reinigungsmitteln, Körperpflegemitteln, Lederpfle­ gemitteln, Füllstoffen, Buildern oder Beschichtungsmitteln wie Lacken oder Fil­ men.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher auch die Verwen­ dung der erfindungsgemäßen Proteinhydrolysate zur Herstellung von Kosmetika, Klebstoffen, Tensiden, Waschmitteln, Nahrungsmitteln, Nahrungsergänzungsmit­ teln, Reinigungsmitteln, Körperpflegemitteln, Lederpflegemitteln, Baustoffen, Tensiden, Füllstoffen, Buildern oder Beschichtungsmitteln wie Lacken oder Fil­ men.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Kosmetikum, Klebstoff, Waschmittel, Nahrungsmittel, Nahrungsergänzungsmittel, Reini­ gungsmittel, Körperpflegemittel, Lederpflegemittel, Baustoff, Tensid, Füllstoff, Builder oder Beschichtungsmittel, mindestens enthaltend ein erfindungsgemäßes Proteinhydrolysat oder ein nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestell­ tes Proteinhydrolysat.

Die Erfindung wird nachfolgend durch Beispiele näher erläutert.

Beispiele Enzymatische Hydrolyse von Keratin

Die Extrusion wurde in einem WP ZSK 24 Doppelschraubenextruder durchge­ führt. Lösungen mit Protease, Natriumsulfid oder Harnstoff wurden dem Extruder stromabwärts von der Beschickung mit Hühnerfedern zugeführt. Bei allen Bei­ spielen betrug der Wassergehalt etwa 33 Gew.-%. Im Extruder herrschte folgen­ des Temperaturprofil: 30-50-60-60-60-60-60°C. Die Verweildauer der Beschic­ kung im Extruder betrug etwa 3 Minuten.

Die Beispiele wurden unter Beteiligung der in Tabelle 1 angegebenen Stoffe aus­ geführt:

Tabelle 1

Die Gew.-% Angaben beziehen sich dabei auf die eingesetzte Menge an Hühner­ federn.

Zur Untersuchung der entstandenen Produkte wurde die Löslichkeit in einer 20/80 Ethanol/Wasser-Mischung untersucht. Hierbei wurden die in Tabelle 2 angegebe­ nen Ergebnisse erhalten. Die angegebene Löslichkeit bezieht sich dabei auf das gesamte, im Ausgangsmaterial enthaltene Protein.

Tabelle 2

Claims (12)

1. Proteinhydrolysat, erhältlich durch kontinuierliche enzymatische Hydroly­ se eines proteinhaltigen Substrats, wobei die Hydrolyse in einem Extruder durchgeführt wird.

2. Proteinhydrolysat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als pro­ teinhaltiges Substrat ein proteinhaltiges Naturprodukt eingesetzt wird.

3. Proteinhydrolysat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassergehalt des proteinhaltigen Substrats 5 bis 99 Gew.-% beträgt.

4. Proteinhydrolysat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hydrolyse bei einer Temperatur von 20 bis 95°C durch­ geführt wird.

5. Proteinhydrolysat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hydrolyse in Gegenwart eines Reduktionsmittels durch­ geführt wird.

6. Proteinhydrolysat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verweildauer des proteinhaltigen Substrats im Extruder 1 bis 60 min beträgt.

7. Proteinhydrolysat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das proteinhaltige Substrat Keratin enthält.

8. Verfahren zur Herstellung eines Proteinhydrolysats, bei dem ein protein­ haltiges Substrat in einem Extruder einer kontinuierlichen enzymatischen Hydrolyse unterzogen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrolyse in Gegenwart eines Enzyms ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ba­ tinase, Proleather, Protease L 660, Esperase, Alcalase, Savinase und Pura­ fect 4000L, oder einem Gemisch aus zwei oder mehr davon, durchgeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß es in Ge­ genwart eines Reduktionsmittels durchgeführt wird.

11. Verwendung eines Proteinhydrolysats nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder eines nach einem der Ansprüche 8 bis 10 hergestellten Proteinhydro­ lysats zur Herstellung von Kosmetika, Klebstoffen, Tensiden, Waschmit­ teln, Nahrungsmitteln, Nahrungsergänzungsmitteln, Reinigungsmitteln, Körperpflegemitteln, Lederpflegemitteln, Baustoffen, Tensiden, Füllstof­ fen, Buildern oder Beschichtungsmitteln.

12. Kosmetikum, Klebstoff, Waschmittel, Nahrungsmittel, Nahrungsergän­ zungsmittel, Reinigungsmittel, Körperpflegemittel, Lederpflegemittel, Baustoff, Tensid, Füllstoff, Builder oder Beschichtungsmittel, mindestens enthaltend ein Proteinhydrolysat nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder ein nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10 hergestell­ tes Proteinhydrolysat.