title: Entwicklung eines Prozesses zur Herstellung von Erbsenproteinkonzentraten mittels einer Kombination aus Extraktion und Enzymtechnologie
Creators: name: Hechenberger, Eva-Theresa
Publisher: name: :none
Year: 2023

description: Pflanzliche Proteine aus Hülsenfrüchten wie Erbsen spielen eine immer wichtigere Rolle in der Entwicklung von neuen Lebensmittelprodukten und der nachhaltigen Ernährung der wachsenden Weltbevölkerung. Das Ziel dieser Arbeit war es, einen neuen Prozess zu entwickeln, um Proteine aus Erbsenmehl zu extrahieren. Dieser Prozess sollte im Gegensatz zur üblichen alkalischen Extraktion mit isoelektrischer Präzipitation weniger Wasser und Chemikalien benötigen und Produkte mit guten Funktionalitäten produzieren. Für die Extraktion der Proteine aus Erbsenmehl wurde die Stärke mit einer α-Amylase hydrolysiert bis sie in Form von Oligosacchariden vorlag und sich von den Proteinen abtrennen ließ. Dafür wurden zwei unterschiedliche Separationsverfahren getestet. Einerseits die Abtrennung durch isoelektrische Präzipitation, bei der die Trennung auf den unterschiedlichen Löslichkeiten der Oligosaccharide und der Proteine an ihrem isoelektrischen Punkt beruht. Und andererseits eine zentrifugale Ultrafiltration durch Membranen mit MWCOs von 3 und 10 kDa, bei der die Trennung auf den unterschiedlichen Größen der Proteine und Oligosacchariden beruht. Es wurde untersucht, ob sich der Prozess mit Anpassung verschiedener Parameter optimieren lies. Dafür wurden verschiedene Erbsenmehlkonzentrationen, Hydrolysezeiten, Hydrolyse- und Verkleisterungstemperaturen, α-Amylasekonzentrationen, Zugabezeitpunkte des Enzyms, Zugabezeitpunkte der Säuren zur pH-Werteinstellung und eine Kombination der α-Amylase mit einer Amyloglucosidase getestet. Die besten Ergebnisse wurden mithilfe eines Prozesses mit folgenden Parametern erreicht. Es wurde eine Mischung aus 10 % Erbsenmehl in Wasser hergestellt. Mit Salzsäure wurde der pH auf Werte zwischen 4,5 und 5,0 eingestellt. Die Mischung wurde auf 75 °C erhitzt und die Stärke des Mehls bei dieser Temperatur für 10 min verkleistert. Dann wurde 1% α-Amylase, bezogen auf den Stärkegehalt in der Trockenmasse des Erbsenmehls, dazugegeben. Nach einer Hydrolysedauer von 1 h im Wasserbad bei 75 °C wurde die Mischung für die Inaktivierung des Enzyms auf 95 °C erhitzt. Anschließend wurde die Probe zentrifugiert, um im Rückstand das Protein zu erhalten und die entstandenen Oligosaccharide und das Wasser im Überstand abzutrennen. Durch dieses Extraktionsverfahren konnten Produkte gewonnen werden, die sich in der Trockenmasse aus rund 48 % Proteinen, 3 % Asche, 7 % Stärke, 13 % Oligosacchariden und 21 % Faserstoffen zusammensetzten. Mit einer Abtrennung der Proteine durch Ultrafiltration anstatt isoelektrischer Präzipitation konnten keine höheren Proteingehalte erzielt werden. Zudem war die Durchführung der Ultrafiltration mit Zentrifugen-Cut-Off-Filtern ineffizient in Bezug auf Ertrag und Zeit. Die durch den optimierten Prozess entstandenen Proteinfraktionen wiesen Löslichkeiten von rund 45 % und Wasserbindekapazitäten von rund 6 g Wasser pro Gramm Trockenmasse auf. Mit einer Einstellung des pH-Werts mit Citronensäure anstatt mit Salzsäure wurden ähnliche Ergebnisse erzielt. Signifikant verändern ließen sich diese, indem die Säuren nicht vor der Hydrolyse, sondern erst kurz vor der Zentrifugation zugegeben wurden. Es ergaben sich dabei Werte von rund 70 % für die Löslichkeit und 9 g/ g für die Wasserbindekapazität.
description: Plant proteins from legumes like peas play an increasingly important role in the development of new food products and the sustainable nutrition of the growing world population. The aim of this work was to develop a new process for the extraction of proteins from pea flour. In contrast to the usual alkaline extraction with isoelectric precipitation this process should require less water and chemicals and produce products with good functionalities. For the extraction of proteins from pea flour the starch was hydrolysed with an α-amylase until it was present in the form of oligosaccharides and could be separated from the proteins. Therefore, two different separation processes were tested. On the one hand, separation with isoelectric precipitation where the separation is based on the different solubilities of oligosaccharides and proteins at their isoelectric point. On the other hand, centrifugal ultrafiltration through membranes with MWCOs of 3 and 10 kDa, where the separation is based on the different sizes of proteins and oligosaccharides. It was investigated if the process could be optimised by adjusting different parameters. Therefore, different pea flour concentrations, hydrolysis times, hydrolysis and gelation temperatures, α-amylase concentrations, enzyme addition points, acid addition points for pH adjustment and a combination of the α-amylase with an amyloglucosidase were tested. The best results were achieved with a process with the following parameters. A mixture of 10 % pea flour in water was prepared. The pH was adjusted with hydrochloric acid to values between 4.5 and 5.0. The mixture was heated to 75 °C and the starch of the flour was gelatinised for 10 min at this temperature. After that, 1 % of α-amylase, calculated on the starch content of the pea flour dry matter, was added. After 1 h hydrolysis time in a water bath at 75 °C the mixture was heated to 95 °C for the inactivation of the enzyme. Then the sample was centrifuged to recover the protein in the residue and separate the formed oligosaccharides and the water in the supernatant. With this extraction process protein fractions could have been obtained that consist of about 48 % protein, 3 % ash, 7 % starch, 13 % oligosaccharides and 21 % fibre in dry matter. Separation of the proteins with ultrafiltration instead of isoelectric precipitation did not yield higher protein contents. In addition, the performance of an ultrafiltration with centrifugal cut-off-filters was inefficient regarding the yield and time. The protein fractions that were generated with the optimised process showed solubilities of around 45 % and water holding capacities of around 6 g water per gram dry matter. Through an adjustment of the pH with citric acid instead of hydrochloric acid, similar results were achieved. They could significantly be altered if the acids were not added before the hydrolysis but shortly before the centrifugation. In doing so values of about 70 % solubility and 9 g/ g water holding capacity were reached.