DE19616210C1 - Verwendung hochdruckbehandelter Stärke in Lebensmitteln - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von durch Hochdruckbehandlung hergestellter granulärer, vorverkleisterter Stärke in Lebensmitteln.

Stärkepasten bzw. -kleister werden in der Regel hergestellt durch Erhitzen wäßriger, d. h. einen ausreichenden Wasserüberschuß enthaltender Suspensionen bei Temperaturen oberhalb der sogenannten Verkleisterungstemperatur. Diese Verkleisterungstemperatur ist abhängig von der Stärkeart und liegt im allgemeinen deutlich oberhalb von 50°C. Die als diskrete teilkristalline Teilchen vorliegenden Stärkekörner quellen bei diesem Vorgang stark auf, ein Teil der Stärkepolymeren (insbesondere die Amylose) geht dabei in die Lösung, und die unlöslichen, amylopektinreichen, gequollenen Partikel ergeben eine Matrix, die sich mit üblichen Techniken nicht mehr in einzelne Partikel auftrennen läßt. Dementsprechend werden die physikalischen Eigenschaften der so erhaltenen Stärkepasten bzw. -gele durch diese Matrix (aus gelöster Amylose und gequollenen Partikeln) bestimmt.

Bei der Trocknung, und zwar insbesondere bei der zur Herstellung von Quellstärken vorzugsweise angewendeten Walzentrocknung, wird die in den Pasten vorliegende Struktur weiter zerstört. In den so erhaltenen Quellstärken sind spätestens durch die Vermahlung des von der Walze abgenommenen Films die Kornstrukturen endgültig zerstört. Die auf diese Weise hergestellten Quellstärken sind jedoch im Gegensatz zu den nativen Stärken kaltquellend.

Vor diesem Hintergrund sind zwei Verfahren entwickelt worden, mit denen eine Zerstörung der Kornform und -größe durch Quellen verhindert, dennoch aber eine Vorverkleisterung d. h. Kaltquellbarkeit der Stärkekörner erreicht werden kann. Die so erhaltenen Stärken werden "granular-cold-water-swelling- starches" (GCWS-Stärken) genannt und besitzen auf Grund ihres granulären Charakters besondere Eigenschaften.

Hergestellt werden diese "granular-cold-water-swelling- starches" einmal durch Vorverkleisterung im Verlauf einer Sprühtrocknung zum anderen durch Erhitzen in Alkohol- Wasser-Mischungen. Im ersteren Fall schließt sich der Trocknungsvorgang so rasch an den Vorverkleisterungsvorgang an, daß eine Quellung und ein Zusammenkleben der Körner verhindert wird. In den Alkohol-Wasser-Mischungen ist der Wassergehalt ausreichend für eine Verkleisterung, gleichzeitig der Alkoholgehalt aber hoch genug, um ein Aufquellen zu verhindern.

Eine besondere Eigenschaft solcher GCWS-Stärken ist beispielsweise, daß sich mit ihnen besonders glatte Pasten herstellen lassen, eine Eigenschaft, die besonders bei der Herstellung fettarmer Systeme von Interesse ist, d. h. bei Systemen, in denen Fett ganz oder teilweise durch Stärke ersetzt wird. Vermutlich ist der granuläre, und damit fetttröpfchenvortäuschende Charakter dieser Stärken für diese Verwendung ausschlaggebend. Die DE 41 17 327 C1 beschreibt die Verwendung einer solchen Stärke als Fett- und Öl-Ersatzstoff in Nahrungsmitteln.

Granuläre, vorverkleisterte Stärkekörner enthaltende Stärkepasten und -gele lassen sich nicht direkt herstellen, sondern können bisher nur nach den oben dargestellten Verfahren, bei denen sie als pulverförmige Trockenprodukte erhalten werden, hergestellt werden. Dabei ist die in Gegenwart eines Wasserüberschusses sofort einsetzende Quellung ein aber nicht der Hauptgrund, warum es nur mit diesen besonderen Verfahren gelingt, solche Produkte herzustellen. Viel entscheidender ist, daß die in einer Stärkesuspension vorliegenden, einzelnen Stärkekörner bei unterschiedlichen Temperaturen verkleistern, d. h. aufquellen. In der Regel verkleistern die letzten Körner einer Suspension erst bei einer etwa 10°C oberhalb des Verkleisterungsbeginnes liegenden Temperatur. Das bedeutet, daß sich selbst bei extrem genauer Temperatursteuerung eine einheitliche Verkleisterung nicht erreichen läßt.

In der üblichen Weise durch Erhitzen im Flüssigkeitsüberschuß hergestellte Stärkepasten sind je nach Stärkeart klar (z. B. Kartoffel- oder Wachsmaisstärke) oder mehr oder weniger opaque (z. B. Maisstärke), im Vergleich zu einer feinverteilten, fetttröpfchenenthaltenden Emulsion jedoch stets durchscheinend glasig. Damit bei auf Stärke basierenden Fettersatzstoffen nun eine höhere "Weißkraft" erhalten werden kann, wurden nun ebenfalls eine Reihe von Verfahren vorgeschlagen. Die aus diesen Verfahren resultierenden Produkte sind den sogenannten "Microparticulates" zuzuordnen, d. h. diskreten Teilchen von etwa der Größe der in den Emulsionen vorliegenden Fetttröpfchen.

Eine Reihe ähnlicher Produkte sind in der Literatur bzw. Patentliteratur beschrieben. Gemeinsam ist diesen Produkten, daß in ihnen die kristallinen Teile des Stärkekorns angereichert wurden. Wesentlich für derartige (auf Stärke basierenden) Mikropartikeln ist also der Erhalt einer gewissen Kristallinität. (Daneben wurden auch solche auf Eiweiß- und Cellulosebasis entwickelt.)

Auf Grund der besonderen Eigenschaften von solchen einzeln vorverkleisterten, begrenzt gequollenen (gegebenenfalls noch teilkristallinen) stärkekörnerenthaltenden Pasten besteht aber nun größtes Interesse, derartige Pasten direkt, und nicht über den Umweg einer Sprühtrocknung oder einer Alkohol- Wasser-Behandlung herzustellen.

Überraschenderweise wurde nun festgestellt, daß sich dies durch die Anwendung hoher Drücke auf darüber hinaus auch noch sehr einfache Art erreichen läßt.

Die Hochdruckbehandlung von Stärke ist grundsätzlich bekannt.

In Carbohydrate Research 93 (1981), 304-307 wird der Einfluß hohen Drucks auf die Verkleisterungstemperatur von Stärke untersucht. Bis etwa 1500 atm wird danach durch Drucksteigerung die Verkleisterungstemperatur um 3-5°C/100 atm noch oben verschoben. Drücke höher als 2500 atm konnten nicht untersucht werden.

In Carbohydrate Polymers 2 (1982), 61-74 wird über mikroskopische und DSC (differential scanning calorimetry) Untersuchungen der Beeinflussung der Verkleisterung von Weizen- und Kartoffelstärke durch Druck im Bereich von 200-1500 MPa berichtet. Demnach soll - im Gegensatz zu der vorstehenden Veröffentlichung - der hydrostatische Druck die Verkleisterungstemperatur herabsetzen. Mit Ausnahme der wenig Wasser enthaltenden Muster soll kein großer Einfluß des Druckes auf die Produkteigenschaften (Anfärbung, Verhalten unter dem Polarisationsmikroskop, spätere Verkleisterung bei Normaldruck) bestehen.

Dieser letztere Befund wird bestätigt in Carbohydrate Polymers 2 (1982), 91-102, wonach nur zu Beginn ein geringfügiger Anstieg der Verkleisterungstemperatur beobachtet wurde, die dann im Druckbereich von 150-250 MPa konstant blieb, um dann bei höheren Drücken wieder leicht abzufallen.

Weitere im DSC-Gerät mit Gersten- und Kartoffelstärke bei niedrigen Wassergehalten (10-34%) und hohen Temperaturen (50-250°C) durchgeführte Untersuchungen zeigen, daß unter diesen Bedingungen höhere Enthalpiewerte zur Verkleisterung der Stärke erforderlich sind (Stärke 45 (1993) 19-24).

In Cereal Chem. 1993, 671-676 wird über die Beeinflussung physikalischer Parameter, insbesondere der Kristallinität durch Hochdruckbehandlung von wäßriger Stärkesuspensionen berichtet.

Aus diesen teils widersprüchlichen Literaturangaben, die nur auf mit Mikromengen durchgeführten Untersuchungen basieren, läßt sich für die Anwendung hochdruckbehandelter Stärken in der industriellen Praxis wenig entnehmen.

Es wurde nunmehr gefunden, daß durch Hochdruckbehandlung eine granuläre, vorverkleisterte Stärke hergestellt werden kann, die sich hervorragend zur Verwendung in Lebensmitteln, insbesondere in Produkten mit cremiger Konsistenz, insbesondere in fettreduzierten Systemen, eignet. Solche Stärkeprodukte können vorzugsweise in fettarmen Emulsionen eingesetzt werden, beispielsweise in Brotaufstrichen, Dressings, Salatmayonnaisen, Dips, etc.

Durch die Hochdruckbehandlung kann neben dem mikropartikulären Charakter auch eine gewisse Kristallinität gewährleistet werden, und durch entsprechende Wahl des Druckes und des Stärke-Wasser-Verhältnisses kann diese Restkristallinität gezielt eingestellt werden.

Eine Druckbehandlung von Stärke, wie sie im Extruder auftritt, ist aus DE 41 35 665 A1 und DE 39 05 680 A1 bekannt. Unter Hochdruck wird aber erfindungsgemäß ein Druck von über 350 MPa verstanden.

Unter Hochdruck wird im allgemeinen und auch für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ein Druck von höher als 4000 bar = 4 kbar + 400 MPa verstanden. Der erforderliche Mindestdruck ist bei unterschiedlichen Stärken etwas verschieden, liegt bei den meisten Stärken, so zum Beispiel Maisstärke und Weizenstärke, bei etwa 500 MPa, bei Kartoffelstärke jedoch bei etwa 800 MPa. In heute gängigen Nahrungsmittelverarbeitungsanlagen läßt sich ein Druck von 900 MPa kaum noch erreichen, so daß man für die Zwecke der vorliegenden Erfindung vorzugsweise, insbesondere bei Weizen- und Maisstärke, einen Druck im Bereich von 350-700, vorzugsweise 450-650 MPa verwendet. Angestrebt wird der Erhalt einer granulären, vorverkleisterten Stärke.

Auffällig ist eine schnelle Retrogradation der hochdruckbehandelten Stärken gegenüber thermisch behandelten Stärken. Diese Eigenschaft neben dem unvollständigen Verlust der Kristallinität ist wesentlich für das Gebrauchsverhalten der hochdruckbehandelten Stärke.

Die Hochdruckbehandlung wird im allgemeinen in einem Temperaturbereich von -5 bis +45°C, vorzugsweise in einem Bereich von -2 bis +30°C durchgeführt. Man kann also bei Raumtemperatur, im Bereich von 15-25°C bequem arbeiten, wenn nicht andere Kriterien eine tiefere oder höhere Temperatur zweckmäßig erscheinen lassen.

Geeignete Stärken sind insbesondere Cerealienstärken und Leguminosenstärken, vorzugsweise Weizenstärke, Maisstärke, Tapiokastärke oder Erbsenstärke.

Die Hochdruckbehandlung wird in einem Medium hoher Stärkekonzentration durchgeführt, nämlich in einer 10-50%-igen, vorzugsweise 15-35%-igen wäßrigen Suspension.

Dies bietet die Möglichkeit, die Stärke in dem Lebensmittelprodukt selbst, in dem sie eingesetzt werden soll, hochdruckzubehandeln.

Dies bietet die weitere Möglichkeit, die native Stärke dem Lebensmittelprodukt vor der Behandlung der Stärke zuzusetzen und das Lebensmittel bereits vor der weiteren Behandlung der Stärke in eine verkaufsfertige, vorzugsweise hermetisch verschlossene Verpackung abzufüllen und die Hochdruckbehandlung der Stärke erst in der fertigen, verschlossenen Verpackung durchzuführen. Diese Einsatzmöglichkeit bietet besondere Vorteile, z. B. auch hinsichtlich einer besseren Haltbarkeit, d. h. eines geringeren Verderbsrisikos der Erzeugnisse.

Die Produkteigenschaften können weiterhin dadurch modifiziert werden, daß eine hochdruckbehandelte Stärke zusammen mit einer herkömmlichen Stärke eingesetzt wird. Diese Ausführungsform der Erfindung ist besonders zweckmäßig, wenn die Hochdruckbehandlung der Stärke erst in dem Lebensmittel durchgeführt wird. Es kann so dem Lebensmittel eine für eine Hochdruckbehandlung geeignete Stärke zusammen mit einer druckresistenteren Stärke, die während der Hochdruckbehandlung nicht wesentlich verändert wird, zugesetzt werden. Die druckresistentere Stärke kann unverkleisterte Wurzel- oder Knollenstärke, insbesondere Kartoffelstärke oder Cannastärke sein, die bei dem angewandten Druck noch nicht wesentlich verändert wird.

Die Erfindung bietet besondere Vorteile. Durch die Hochdruckbehandlung werden die Stärkekörner sehr gleichmäßig verkleistert, und durch die Wahl von Druck und Zeit und durch die Menge an Wasser in dem Medium lassen sich der Verkleisterungsgrad und das Ausmaß der Quellung in weiten Grenzen gezielt einstellen, so daß also die Pasteneigenschaften (Viskosität, Cremigkeit, Gelbildung, usw.) gezielt nach dem Bedarf des jeweiligen Lebensmittels reguliert werden können.

Dadurch, daß die Verkleisterung auch bei tiefen Temperaturen, d. h. bei Temperaturen von 0°C und darunter vorgenommen werden kann, kann die Erfindung bei Lebensmittelprodukten praktiziert werden, die in der Kühlkette verbleiben.

Dabei können dennoch unterschiedliche Stärken eingesetzt werden, beispielsweise wenn man Mischungen von hochdruckbeeinflußbaren Stärken mit druckresistenteren Stärken einsetzt, so daß man Pasten erhält, die neben vorverkleisterten auch unverkleisterte Stärkekörner enthalten. Derartige Pasten besitzen entsprechend dem Anteil unverkleisterter Stärkekörner entsprechende Nachdickungseigenschaften beim späteren Erhitzen.

Die Erfindung gewinnt eine besondere Bedeutung bei der Herstellung energiereduzierter Lebensmittel, denn über den Ersatz von Fett durch Stärke hinaus resultiert aus dem gezielt einstellbaren Verkleisterungsgrad auch eine geringere Verdaulichkeit. Für derartige (in ihrer Verdaulichkeit reduzierte) Stärken wurde in den vergangenen Jahren der Begriff "Resistent Starch" geprägt. Stärken bzw. Stärkeanteile mit reduzierter Verdaulichkeit haben deshalb besondere Bedeutung, weil sie im Verdauungstrakt die gleiche Funktion besitzen, bzw. Wirkungen zeigen, wie die unter dem Begriff "Dietary Fiber" zusammengefaßten Quell- und Faserstoffe pflanzlichen Ursprungs. In Bezug auf einen Fettersatz, insbesondere eine Simulation von Fetttröpfchen, ist dies ein besonderer Vorteil, weil man derartigen Lebensmitteln in der Regel die üblichen Fasern (pflanzlichen Ursprungs) gar nicht zusetzen kann, ohne die Lebensmittel in ihren Eigenschaften entscheidend zu verändern.

Die Anwendung der Erfindung durch Hochdruckbehandlung hermetisch verschlossener Verpackungen, beispielsweise Beuteln, Tuben usw., hat den weiteren Vorteil, daß die so hergestellten Lebensmittel bereits sterilisiert sind und bis zum Verzehr haltbar und sicher verpackt sind.

Die Erfindung wird anhand der nachstehenden Beispiele näher erläutert. Die Beispiele 2 und 3 wurden dabei in Anlehnung an die DE-OS 23 05 494 gestaltet, wobei das Stärkehydrolyseprodukt SHP als Fettersatz verwendet wurde.

Beispiel 1 Milch/Speiseöl-Emulsion

500 g Speiseöl und 1500 ml Milch wurden 2 min in einem Homogenisator bei 7000 U/min homogenisiert und nach Zugabe von 100 g Weizenstärke und Einschweißen in einen PE-Beutel 15 min bei 0°C und 600 MPa hochdruckbehandelt.

Es wird eine milchig-weiße, leicht cremige Emulsion erhalten, die auch nach vier Wochen keinerlei Entmischungserscheinung zeigte.

Das Beispiel zeigt, daß sich granulär verkleisterte Stärke enthaltende Emulsionen direkt in hermetisch verschlossenen Behältnissen herstellen lassen.

Beispiel 2 Salatmayonnaise

240 g Speiseöl und 60 g Eigelb wurden wie in Beispiel 1 homogenisiert, 200 g Weizenstärke, 450 ml Wasser, 30 g Fructose, 20 g scharfen Senf und 8 g Kochsalz zugegeben, nochmals kurz homogenisiert und nach Einschweißen in einen PE-Beutel 30 min bei 20°C und 600 MPa hochdruckbehandelt. Die Rezeptur dieser Salatmayonnaise ist praktisch identisch mit einer gemäß DE-OS 23 05 494 mit Stärkehydrolysat als Fettersatzstoff hergestellten Salatmayonnaise.

Die so hergestellte Salatmayonnaise hat einen Energiegehalt von 1320 kJ/100 g, im Vergleich zu einer handelsüblichen Salatmayonaise, deren Energiegehalt bei etwa 3050 kJ/100 g liegt. Es liegt somit in der gleichen Größenordnung wie die mit dem Stärkehydrolysenprodukt SHP gemäß DE-OS 23 05 494 hergestellte Salatmayonnaise (1140 kJ/100 g).

Beispiel 3 Kakao-Brotaufstrich

50 g Weizenstärke und 150 ml Wasser wurden 15 min bei 0°C und 600 MPa hochdruckbehandelt, und die so erhaltene cremige Paste mit 56 g entölter Kakaomasse, 40 g Zucker und 104 g Glucosesirup (79° Brix) vermischt.

Der so erhaltene "Nutella®"-ähnliche Brotaufstrich zeichnet sich durch ein angenehm cremiges, glattes Mundgefühl aus. Der Energiegehalt beträgt 740 kJ/100 g im Vergleich zu einem handelsüblichen Brotaufstrich (Typ Nutella®) mit etwa 2215 kJ/100 g. Er liegt damit in der gleichen Größenordnung wie ein mit einem Stärkehydrolysat als Fettersatzstoff gemäß DE-OS 23 05 494 hergestellter Brotaufstrich (880 kJ/100 g).

Das Beispiel zeigt, daß auf Stärke basierende Brotaufstriche mit vergleichbarer Qualität und Eigenschaften sich direkt (und damit sehr viel einfacher) herstellen lassen als mit den seit langem bekannten Stärkehydrolyseprodukten, die u. a. stets erhitzt werden müssen und zum Erhalt einer cremigen Konsistenz über viele Stunden abgekühlt werden müssen.

Der a_w-Wert liegt bei 0,90 und damit ebenfalls in der Größenordnung, der auf Stärkehydrolysaten basierenden Produkte.

Beispiel 4 Kakao-Brotaufstrich

630 ml Wasser, 630 ml Milch (Fettgehalt 3,5%), 500 g Fructose, 250 g Kakaopulver entölt, 50 g Butter, 2 g Vanillin und 400 g Weizenstärke wurden vermischt und nach Einschweißen in einen PE-Beutel 15 min bei 75°C und 600 MPa hochdruckbehandelt.

Der erhaltene Brotaufstrich besitzt eine vergleichbare glatte, cremige Konsistenz wie in Beispiel 3.

Der Energiegehalt beträgt 1190 kJ/100 g.

Dieses Beispiel 4 zeigt, daß bei hohen Zuckergehalten u. U. höhere Temperaturen zur Herstellung eines granulär, vorverkleistert, stärkeenthaltenden Produktes nötig sind.

Beispiel 5

292 g Maisstärke und 586 ml Milch (Fettgehalt 1,5%) wurden vermischt und bei 600 MPa (15 min und 14°C) hochdruckbehandelt. Die so erhaltene cremige Paste wurde anschließend mit 667 g Honig, 71 g Kakaopulver (entölt), 34 g Magermilchpulver, 140 g Fructose, 140 g feinvermahlenen Haselnüssen und 60 g Butter homogenisiert.

Der erhaltene Brotaufstrich besitzt eine gute Streichfähigkeit und ähnelt in der Konsistenz dem im Beispiel 3 und 4 hergestellten. Dieses Beispiel zeigt, daß anstelle von Weizenstärke auch andere Stärken, in diesem Fall Maisstärke, eingesetzt werden kann.

Beispiel 6

300 g Weizenstärke und 600 ml Wasser wurden gemischt, und bei 600 MPa (15 min und bei 20°C) hochdruckbehandelt. Anschließend wurden 700 g Honig, 48 g Butter, 54 g Kakaopulver und 160 g Sojapulver untergemischt.

Der Brotaufstrich ähnelt den in Beispiel 3, 4 und 5 hergestellten und zeigt, daß sich auch mit Sojaprotein als Eiweißbasis vergleichbare Produkte herstellen lassen.

Claims (15)

1. Verwendung einer granulären, vorverkleisterten Stärke, die durch Hochdruckbehandlung in einer 10-50%igen wäßrigen Suspension bei einem Druck von über 350 MPa und bei einer Temperatur von -5 bis 45°C herstellbar ist, in Lebensmitteln.

2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke eine Cerealienstärke ist.

3. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke eine Leguminosestärke ist.

4. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke eine Weizen-, Mais-, Tapioka- oder Erbsenstärke ist.

5. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke in einer 15-35%igen wäßrigen Suspension hochdruckbehandelt worden ist.

6. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke in dem Lebensmittelprodukt, in dem sie eingesetzt wird, hochdruckbehandelt worden ist.

7. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke in der verkaufsfertigen, vorzugsweise hermetisch verschlossenen Verpackung, hochdruckbehandelt worden ist.

8. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Produkten mit cremiger Konsistenz, insbesondere in fettreduzierten Systemen.

9. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in fettarmen Emulsionen.

10. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Brotaufstrichen, Dressings, Salatmayonnaise oder Dips.

1. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke bei einer Temperatur von -2 bis +30°C hochdruckbehandelt worden ist.

12. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke bei einem Druck von höher als 400 MPa hochdruckbehandelt worden ist.

13. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke Weizen- oder Maisstärke ist, die bei einem Druck von 450-650 MPa hochdruckbehandelt worden ist.

14. Verwendung einer hochdruckbehandelten Stärke nach einem der Ansprüche 1-13, zusammen mit einer druckresistenteren Stärke.

15. Verwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die druckresistentere Stärke eine unverkleisterte Wurzel- oder Knollenstärke, insbesondere Kartoffelstärke oder Cannastärke ist.