Investigation of producibility of rapeseed protein products based on different de-oiling processes

Der Ausgangspunkt für die Dissertation entstand aus der Überlegung, mittels wässrig-alkoholischer Extraktionsmittel quasi simultan Protein- und Ölprodukte aus Rapskörnern herstellen zu können, da aus dem Stand der Technik bekannt war, dass dabei eine Emulsionsbildung durch den Einsatz polarer Lösungsmittel gegebenenfalls vermieden werden könnte. Deshalb wurde im Rahmen dieser Arbeit untersucht, in wie weit das Öl möglichst vollständig aus vollfettem Rapsmehl durch die Zugabe von wässrigem Alkohol separiert werden kann, um aus dem Entölungsrückstand Proteinprodukte herstellen zu können. Es stellte sich heraus, dass zwar mit einem Wasser-Alkohol-Gemisch eine klare Ölphase abgetrennt werden konnte, allerdings konnte eine Emulsionsbildung nicht verhindert werden. Die Emulsion bildete sich in Abhängigkeit von der Dichte des Extraktionsmittels zwischen Öl- und Extraktionsmittelphase oder zwischen Extraktionsmittelphase und Extraktionsrückstand aus. Aufgrund von unterschiedlichen Wechselwirkungen zwischen Fett, Protein, feinen Faserstückchen und anderen Inhaltsstoffen konnte eine Emulsionsbildung über den gesamten pH-Bereich nicht vermieden werden. Die Entölungsversuche im Labormaßstab ergaben bei optimierten Bedingungen (Blanchierung, vollständiger Zellaufschluss) einen Restfettgehalt von 20 % im Extraktionsruckstand. Dieser wurde erhalten, wenn der geschälte Rapsbruch zuvor blanchiert wurde und die Zellen der Rapskörner vollständig aufgeschlossen waren. Der Entölungsrückstand war aufgrund des hohen Restfettgehaltes von 20 % als Proteinprodukt ungeeignet. In parallel dazu durchgeführten Versuchen wurde untersucht, inwieweit wässrig-alkoholische Extraktionsmittel die Funktionalität der Proteine im Extraktionsruckstand einschränken, und ob durch verschiedene thermisch-mechanische Modifizierungsmaßnahmen die Funktionalität der Proteine verändert werden kann. Es zeigte sich, dass eine pH-Wert-Veränderung in den sauren pH-Wert-Bereich oder eine Temperaturbehandlung bei 60 °C insbesondere zu einer Denaturierung der großen 12 S-Proteine führte. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass eine mechanische Modifizierung mit einem Homogenisator den Anteil an 12 S-Proteinen im löslichen Proteinanteil erhöhte. Anhand der Ergebnisse der durchgeführten Modifizierungsverfahren der Proteinprodukte konnte gezeigt werden, dass die funktionellen Eigenschaften der Proteine in erster Linie von der Proteinlöslichkeit und darüber hinaus von der 12 S/2 S-Verteilung im löslichen Proteinanteil abhängen. Die Ergebnisse aus dem Labormaßstab ließen sich erfolgreich im halbtechnischen Maßstab realisieren. Allerdings verblieben ca. 20 % Fett im Extraktionsruckstand, so dass der Extraktionsrückstand nur als Proteinmehl mit ca. 50 % Proteingehalt eingestuft werden konnte. Aufgrund der Verfahrensbedingungen zur Ölseparation und des hohen Restfettgehaltes waren die ermittelten funktionellen Eigenschaften der Proteinmehle trotz nachgeschalteter Modifikationsmaßnahmen so stark eingeschränkt, dass ein Einsatz in Lebensmitteln nicht zu empfehlen ist. Hinsichtlich einer Reduzierung an unerwünschten Inhaltsstoffen konnte zwar eine deutliche Reduktion in den Proteinmehlen erreicht werden, aber hinsichtlich Farbe und Optik sind diese ebenfalls nicht für den Einsatz in Lebensmitteln geeignet.The point of origin for my dissertation resulted from the consideration that using aqueous-alcoholic extracting agents, protein and oil products could be extracted simultaneously from rapeseed. State of the art of science and technology showed that a formation of an emulsion might be avoided by using polar solvents. In the context of this thesis investigations were made as to what extent the oil can be separated from the full fat rapeseed with addition of aqueous alcoholic extracting agents in order to process protein products from the de-oiled residue. It turned out that aqueous alcoholic extracting agents separated a clear oil phase but the conglomeration of an emulsion could not be avoided. Depending on the density of the extracting agent the emulsion has been formed between oil and extracting agent or between extracting agent and residue. The conglomeration of an emulsion could not be avoided at any pH-setting due to interactions between fat (oil), protein, fibre and other substances of content. De-oiling tests in lab-scale with optimised parameters (blanching, complete cell disruption) resulted in a residual fat content of 20 % in the protein enriched residue. The residue did not qualify as protein product due to its fat content of 20 %. Investigations of the impact of aqueous alcoholic extracting agents to the functional properties of the proteins in the residue were carried out in parallel to the de-oiling experiments. Moreover, these tests have been done to identify possible process conditions in terms of thermal mechanical parameters to enhance the functional properties of the proteins. But the results showed that a pH-setting in the acidic pH-range as well as a temperature treatment at 60 °C resulted especially in a denaturation of 12 S proteins. Additionally, the results have shown that a mechanical modification with a homogenizer has risen part of the 12 S proteins in the soluble protein fraction. The results based on the performed experiments on protein modification indicate that the functional properties of proteins depend firstly on the protein solubility and secondly on the 12 S/2S allocation in the soluble protein part. The results of the lab-scale have been successfully realised in pilot plant scale. But as well as in the lab-scale 20 % fat remained in the residue. Therefore the residue could only be classified as protein meal with 50 % protein content. Due to the process parameters for best possible oil separation as well as the high fat content in the residue the functional properties of the obtained protein meals have been limited. All tested modification parameters could not enhance the limited functionality of the protein meals so that the use as food ingredient is not recommendable. The reduction of undesired substances has been realised successfully but colour as well as optical appearance of the residue is not applicable to food