Proteinpulver mit Vakuumexpansion verarbeiten

Die im New-Food-Segment eingesetzten alternativen Proteine sind schwierig zu verarbeiten und weisen äußerst unterschiedliche Charakteristika auf: Weizenprotein zum Beispiel ist kohäsiv, während Sojaprotein adhäsiv ist. Werden Proteinpulver von Samen, Getreiden, Nüssen oder auch Hülsenfrüchten in Wasser eingearbeitet, neigen sie dazu, zu verkleistern, zu verkleben und zu 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 gute Produktqualität zu erreichen, ist entscheidend, im Pulver vorhandene Agglomerate sofort beim Eintrag in die Flüssigkeit vollständig aufzubrechen sowie das Bilden neuer Agglomerate von vorneherein zu vermeiden. Denn andernfalls müssen diese Agglomerate im Nachgang durch langes Rühren und aufwendiges Nachdispergieren abgebaut werden – mit negativen Folgen für die Produktqualität: Die Agglomerate zu dispergieren, beschädigt die Quartär- und Tertiärstruktur des bereits hydratisierten Proteins und verschlechtert unkontrolliert die Viskosität und Textur.

Stärkeabbau beschleunigen

Auch hinsichtlich der im Pulver enthaltenen Stärke sollten Agglomerate vermieden werden. Meist bauen Enzyme die Stärke ab, gelegentlich auch 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.

Bei konventionellen Rührwerken, Injektoren oder Inline Blendern kommen die Partikel jedoch immer als kompakte Schüttung mit der Flüssigkeit in Kontakt. Das führt zu stabilen teilbenetzten Agglomeraten, die nur noch schwer abbaubar sind. Nachdispergieren kostet dann nicht nur enorm viel Zeit und Energie – auf diese Weise wird auch die im Proteinpulver enthaltene Luft zu unerwünschtem Mikroschaum dispergiert. Wird Proteinpulver bei herkömmlichen Verarbeitungsverfahren in die Flüssigkeit eingetragen, flockt es entweder vollständig aus oder klebt an den Maschinenteilen. Dies führt zu lokalen Überhitzungen, Verfärbungen oder gar Verbrennungen an rotierenden Teilen und einem leicht verbrannten Geschmack der Endprodukte. Ein Großteil der nicht ausreichend aufgeschlossenen Proteine wird am Ende ungenutzt abgefiltert.

Diese Probleme konventioneller verfahrenstechnischer Lösungen werden mit der Vakuumexpansionsmethode des Misch- und Dispergiertechnik-Herstellers Ystral vermieden: Hierbei wird die im Pulver enthaltene Luft um ein Vielfaches expandiert, wodurch sich die Abstände zwischen den Partikeln 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. Die Textur des Proteins wird dabei nicht beschädigt oder zerstört und die Prozesszeit ist verglichen mit konventionellen Technologien kürzer.

Durch die intensive Dispergierung müssen Anwender außerdem weniger Enzyme einsetzen, um die Stärke abzubauen. 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. Dies beugt dem bei der Proteinverarbeitung normalerweise auftretenden Schaum nahezu vollständig vor.

Vielfältige Prozessoptionen

Das Maschinen- und Anlagendesign des Misch- und Dispergiertechnik-Herstellers kann passgenau auf die Anforderungen des jeweiligen Pulvertyps zugeschnitten werden. Für das Verarbeiten von Hafermehl – wie auch bei Soja oder Reis – reicht die Dispergierung im Vakuumexpansionsverfahren mit einer inline betriebenen Conti-TDS Pulverbenetzungs- und Dispergiermaschine aus. Dagegen erfordern andere proteinhaltige Pulver, etwa Kokos- oder einige Erbsenmehle, eine zusätzliche Dispergierung unter hoher Scherung, um das Produkt vollständig aufzuschließen. In diesen Fällen setzt der Hersteller zusätzlich zur Pulverbenetzungs- und Dispergiermaschine einen Z-Inline-Dispergierer ein, der das Proteinpulver nachdispergiert, während über die Conti-TDS zeitgleich der gesamte Pulvereintrag erfolgt. Der Z-Inline-Dispergierer kann dabei entweder parallel in einem separaten Kreislauf oder in Reihe mit der Pulverbenetzungs- und Dispergiermaschine betrieben werden.

Mit einer speziellen Ausführung der Conti-TDS können zudem auch stark klebende und agglomerierende Pulver verarbeitet werden. Im Gegensatz zu anderen Bauformen der Pulverbenetzungs- und Dispergiermaschine wird bei dieser Variante im Moment der Benetzung nicht dispergiert. Das Pulver hat weder mit dem Rotor noch mit dem Stator Kontakt, sondern wird direkt in die mit hoher Geschwindigkeit strömende Flüssigkeit eingesaugt. Diese Methode wird als Direct Injection bezeichnet. Der Pulverstrom wird dabei im Verhältnis zum Flüssigkeitsstrom und dem darin bereits enthaltenen Proteinanteil kontrolliert, um zu hohe Konzentrationen durch zu schnelles Einsaugen auszuschließen. Bei Proteinkonzentraten oder -kombinationen erfolgt dies mithilfe von Regelventilen. Bei Isolaten und reinen Proteinen werden dafür Düsen verwendet.

Darüber hinaus können Anwender beispielsweise allergene und nicht-allergene Pulver auf vollständig getrennten Wegen einsaugen und in getrennten Flüssigkeitskreisläufen verarbeiten. Die Pulverbenetzungs- und Dispergiermaschine kann zudem auf einfache Weise in bestehende Prozessanlagen integriert und mit mehreren Prozessbehältern oder Lagertanks verrohrt werden. Den Dispergierer können Anwender entweder inline oder im Kreislauf an großen Prozessbehältern betreiben oder in einem kleinen Batch eine hochkonzentrierte Vormischung erzeugen, die sie anschließend in den Hauptprozessbehältern verdünnen.

Die mechanische Verarbeitungstechnik hat einen großen 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 dieser Produkte im Markt weiter zu verbessern, ist es wichtig, dass sie hinsichtlich dieser Faktoren keine Defizite gegenüber traditionellen Produkten aufweisen. Proteinpulver, die mittels des Vakuumexpansionsverfahrens dispergiert wurden, erfüllen diese Anforderungen.