Das Angebot an nicht-tierischen Nahrungsmitteln wächst stetig. Die wichtigsten Inhaltsstoffe dieser „New Food“-Produkte sind Proteine, bislang zumeist auf pflanzlicher Basis. Die Verarbeitung von Proteinpulvern ist jedoch herausfordernd: Um eine optimale Produktqualität sicherzustellen, müssen die Proteine vollständig aufgeschlossen, Stärken im erforderlichen Maße abgebaut sowie Agglomerate und Schaum während der Produktion vermieden werden. All dies wird bei einer Verarbeitung von Proteinpulvern im Vakuumexpansionsverfahren erreicht.
Von Dr.-Ing. Hans-Joachim Jacob
Den im New-Food-Segment eingesetzten alternativen Proteinen ist gemeinsam, dass sie schwierig zu verarbeiten sind und dabei äußerst unterschiedliche Charakteristika aufweisen: Weizenprotein zum Beispiel ist extrem kohäsiv, während Sojaprotein extrem adhäsiv ist. Werden Proteinpulver von Samen, Getreiden, Nüssen oder auch Hülsenfrüchten in Wasser eingearbeitet, neigen sie zum Verkleistern, Verkleben und Schäumen. Die Proteine sind einerseits scherempfindlich, benötigen jedoch gleichzeitig eine hohe Scherung beim Eindispergieren in die Flüssigkeit. Notwendig ist deshalb eine Scherung unter kontrollierten Bedingungen in einem sehr kurzen Zeitraum.
Um eine optimale Produktqualität zu erreichen, ist entscheidend, dass im Pulver vorhandene Agglomerate sofort beim Eintrag in die Flüssigkeit vollständig aufgebrochen werden sowie die Bildung neuer Agglomerate von vorneherein vermieden wird. Denn andernfalls müssen diese Agglomerate im Nachgang durch langes Rühren und aufwendiges Nachdispergieren abgebaut werden – mit negativen Folgen für die Produktqualität: Das Dispergieren der Agglomerate beschädigt die Quartär- und Tertiärstruktur des bereits hydratisierten Proteins und verschlechtert auf unkontrollierte Weise die Viskosität und Textur.
Auch hinsichtlich der im Pulver enthaltenen Stärke ist eine Vermeidung von Agglomeraten von großer Bedeutung. Der Stärkeabbau erfolgt meist durch Enzyme, gelegentlich auch durch Säuren. Werden die Pulverpartikel bereits vor dem Flüssigkeitseintrag vereinzelt und während des Pulvereintrages stark dispergiert, dann wird der enzymatische Abbau der Stärke unterstützt und damit beschleunigt.
Mit der Vakuumexpansionsmethode des Misch- und Dispergiertechnik-Spezialisten ystral wird die im Pulver enthaltene Luft um ein Vielfaches expandiert, wodurch sich die Abstände zwischen den Partikeln enorm vergrößern. Durch das geschaffene Saugvakuum werden die primären Proteinpartikel separiert, bereits beim ersten Kontakt mit der Flüssigkeit vollständig benetzt, in situ unter Vakuum dispergiert und anschließend unter Druck agglomeratfrei hydratisiert. Der gesamte Prozess dauert 2 bis 3 Hundertstelsekunden, der Wärmeeintrag ist minimal. Jedes einzelne Pulverpartikel wird auf diese Weise benetzt und dispergiert, es bilden sich keine Agglomerate. Die Textur des Proteins wird nicht beschädigt oder zerstört. Die Prozesszeit wird dabei gegenüber konventionellen Technologien enorm verkürzt.
Durch die intensive Dispergierung werden im Vergleich zu konventionellen Verfahren deutlich weniger Enzyme für den Abbau der Stärke benötigt. Die zuvor im Pulver enthaltene Luft wird durch die Zentrifugalwirkung des schnell laufenden Rotors von der wesentlich schwereren Dispersion abgetrennt und koalesziert zu großen Luftblasen, die im Prozessbehälter leicht entweichen können. Auf diese Weise wird der bei der Proteinverarbeitung normalerweise auftretende Schaum nahezu vollständig vermieden.
Das Maschinen- und Anlagendesign von ystral kann passgenau auf die Anforderungen des jeweiligen Pulvertyps zugeschnitten werden. Während etwa für die Verarbeitung von Hafermehl – wie auch bei Soja oder Reis – die Dispergierung im Vakuumexpansionsverfahren mit einer inline betriebenen Pulverbenetzungs- und Dispergiermaschine Ystral Conti-TDS ausreicht, erfordern andere proteinhaltige Pulver (etwa Kokos- oder einige Erbsenmehle) eine zusätzliche Dispergierung unter hoher Scherung, um das Produkt vollständig aufzuschließen. In diesen Fällen setzt ystral zusätzlich zur Conti-TDS einen Z-Inline-Dispergierer ein, der das Proteinpulver nachdispergiert, während über die Conti-TDS gleichzeitig der gesamte Pulvereintrag erfolgt. Der Z-Inline-Dispergierer kann dabei entweder parallel in einem separaten Kreislauf oder in Reihe mit der Conti-TDS betrieben werden.
Darüber hinaus können beispielsweise allergene und nicht-allergene Pulver auf vollständig getrennten Wegen eingesaugt und in getrennten Flüssigkeitskreisläufen verarbeitet werden. Eine Conti-TDS kann zudem auf einfache Weise in bestehende Prozessanlagen integriert und mit mehreren Prozessbehältern oder Lagertanks verrohrt werden. Der Dispergierer kann entweder inline oder im Kreislauf an großen Prozessbehältern betrieben werden oder in einem kleinen Batch eine hochkonzentrierte Vormischung erzeugen, die anschließend in den Hauptprozessbehältern verdünnt wird.
Die mechanische Verarbeitungstechnik hat einen enormen Einfluss auf Geschmack, Konsistenz, Mundgefühl und letztlich auch auf den optischen Eindruck von Lebensmitteln – dies gilt auch und insbesondere im „New Food“-Segment. Um die Akzeptanz der „New Food“-Produkte im Markt weiter zu verbessern, ist es wichtig, dass sie hinsichtlich dieser Faktoren keine Defizite gegenüber traditionellen Produkten aufweisen. Mit Technologien von ystral und einer Dispergierung von Proteinpulvern im Vakuumexpansionsverfahren werden diese Anforderungen erfüllt.
