Impact of Processing Conditions and Membrane Fractionation on Chloropropanol Formation during Protein Hydrolysate Production from Meat Trimming By-products

Jedes Jahr erzeugt die globale Fleischindustrie eine erschreckende Menge an Restmaterial. Von den Abschnitten der Schlachtkörper bis hin zu Bindegewebe und Fetten, die oft entsorgt werden, stellen diese Nebenprodukte ein massives Reservoir an Protein dar, das, wenn es ungenutzt bliebe, zu Verschwendung und Umweltbelastung beitragen würde. Um diesen Abfall in etwas Wertvolles zu verwandeln, wandeln Lebensmittelwissenschaftler diese Überreste oft in Proteinhydrolysate um. Stellen Sie sich diese Hydrolysate als Proteine vor, die in kleinere, nützlichere Stücke zerlegt wurden, wodurch sie für den Körper leichter verdaulich sind und als Inhaltsstoffe in allem von der Suppe bis zum Sportnahrungsmittel dienen können. Der Prozess besteht darin, die rohen Fleischreste zu nehmen, die Proteine aufzulösen und dann Enzyme zu verwenden – biologische Werkzeuge, die wie Scheren wirken –, um die langen Proteinketten in kürzere Fragmente zu schneiden. Während diese Methode hervorragend für Nachhaltigkeit und Ernährung ist, wirft sie eine kritische Frage zur Lebensmittelsicherheit auf: Erzeugt gerade der Prozess des Aufbrechens dieser Proteine verborgene, schädliche Substanzen?

Eine solche Gruppe von Substanzen ist als Chlorpropano-Verbindungen bekannt. Dies sind chemische Verbindungen, die entstehen können, wenn Fette und Öle unter bestimmten Bedingungen mit Chlor reagieren, insbesondere wenn Hitze und Säure im Spiel sind. Sie sind keine dem Lebensmittel zugesetzten Inhaltsstoffe, sondern vielmehr unbeabsichtigte Nebenprodukte der Verarbeitung. Unter diesen haben zwei spezifische Arten die meiste Aufmerksamkeit bei Gesundheitsforschern erregt: 3-MCPD und 2-MCPD. Während 3-MCPD die bekanntere Version ist, die in verschiedenen verarbeiteten Lebensmitteln vorkommt, haben beide aufgrund potenzieller toxischer Auswirkungen auf Organe wie die Nieren Besorgnis erregt. Die Herausforderung besteht darin, genau zu verstehen, wann und wie diese Verbindungen während der Herstellung von Proteingredientien entstehen, insbesondere wenn das Ausgangsmaterial Fleisch ist, das von Natur aus Fette enthält, die als Rohmaterial für diese unerwünschten Chemikalien dienen könnten.

In einer kürzlich durchgeführten Studie versuchten Forscher, den Weg dieser Kontaminanten durch die Produktionslinie von Proteinhydrolysaten aus Fleischabschnitten nachzuzeichnen. Das Team, das an der Atatürk-Universität arbeitete, begann mit einem einfachen, aber strengen Ansatz. Sie nahmen Fleischabschnitte – Mischungen aus Muskel, Fett und Bindegewebe von Rindern – und unterzogen sie einer Reihe kontrollierter Experimente. Zuerst lösten sie die Proteine in Wasser auf und passten den Säuregehalt der Mischung auf acht verschiedene Stufen an, die von sehr sauer bis sehr alkalisch reichten. Dieser Schritt wurde durchgeführt, um zu sehen, ob das chemische Milieu während der Extraktion die Bildung schädlicher Verbindungen auslösen würde. Sobald die Proteine gelöst waren, fügte das Team ein Enzym namens Alcalase hinzu, um sie in kleinere Peptide zu zerlegen, ein Prozess, der als enzymatische Hydrolyse bekannt ist. Dieser Schritt beinhaltete das Erhitzen der Mischung auf spezifische Temperaturen, um dem Enzym die Arbeit zu ermöglichen, und das anschließende Stoppen der Reaktion durch weitere Hitze.

Nachdem die Proteine zerlegt worden waren, standen die Forscher vor einem entscheidenden Entscheidungspunkt im Prozess: ob die Mischung gefiltert werden sollte. Sie verwendeten eine Membranfiltrationstechnik, um die Flüssigkeit in zwei Teile zu trennen. Ein Teil enthielt die kleineren Proteinfragmente, die durch den Filter passen konnten, während der andere Teil die größeren Moleküle sowie alle verbleibenden Fette oder Komplexe zurückhielt, die zu groß waren, um hindurchzupassen. Durch das Testen der Flüssigkeit in drei verschiedenen Stadien – dem anfänglichen Proteinextrakt, dem ungefilterten Hydrolysat und der endgültigen gefilterten Fraktion – konnte das Team genau bestimmen, wo eventuelle Kontaminanten auftauchen könnten. Sie verwendeten hochsensible Laborgeräte, um nach Spuren von 2-MCPD und 3-MCPD zu suchen, wobei sie nach Mengen im Bereich von nur wenigen Teilen pro Milliarde suchten.

Die Ergebnisse dieser Untersuchung lieferten ein klares und etwas beruhigendes Bild, wenngleich mit wichtigen Nuancen. Die Forscher fanden heraus, dass die anfängliche Extraktion der Proteine, unabhängig davon, ob das Wasser sauer oder alkalisch war, keine nachweisbaren Mengen beider Kontaminanten produzierte. Die eigentliche Geschichte entfaltete sich während der späteren Phasen der Verarbeitung. Als das Team das ungefilterte Proteinhydrolysat analysierte, fand es Spuren von seits 2-MCPD. Die Mengen variierten je nach den spezifischen Bedingungen, aber die Verbindung war in der Mischung vorhanden, die noch nicht gefiltert worden war. Als sie jedoch die Proteinextrakte vor der Hydrolyse oder das endgültige gefilterte Produkt, das nur die kleinsten Proteinstücke enthielt, untersuchten, war 2-MCPD nirgendwo zu finden. Es war, als ob die Kontaminante während des Aufbruchprozesses erschien, dann aber entfernt wurde, wenn die Mischung durch den Filter geleitet wurde.

Noch bedeutender war das vollständige Fehlen von 3-MCPD. Trotz der Anwesenheit von Fetten und der Anwendung von Hitze und Säure tauchte diese spezifische Verbindung in keiner der Proben auf, nicht einmal in Spuren. Dies deutet darauf hin, dass die Bedingungen, die in diesem speziellen Produktionsverfahren verwendet wurden, die Entstehung von 3-MCPD einfach nicht begünstigen oder dass die Mengen so gering sind, dass sie mit aktuellen Methoden nicht nachweisbar bleiben. Die Studie hob auch hervor, dass die Bildung von 2-MCPD offenbar mit der Anwesenheit von Restfetten und den spezifischen thermischen Behandlungen während der Enzymreaktion zusammenhing. Die Tatsache, dass die gefilterte Fraktion frei von der Kontaminante war, deutet auf eine praktische Lösung hin: Der Schritt der Membranfiltration entfernte wahrscheinlich die größeren, lipidbasierten Vorläufer oder Komplexe, die für die Bildung von 2-MCPD verantwortlich waren.

Diese Erkenntnisse bieten einen wertvollen Fahrplan für die Lebensmittelindustrie. Sie zeigen, dass die Herstellung von Proteinhydrolysaten aus Fleischnebenprodukten zwar eine nachhaltige und vorteilhafte Praxis ist, die Prozessbedingungen jedoch entscheidend sind. Die Studie legt nahe, dass die Bildung bestimmter Kontaminanten kein unvermeidliches Ergebnis der Verwendung von Fleischabschnitten ist, sondern ein spezifisches Ergebnis dessen, wie die Proteine behandelt werden. Durch das Verständnis darüber, dass die Kontaminante während der Hydrolysephase erscheint und durch Filtration reduziert werden kann, können Hersteller ihre Methoden anpassen, um die Sicherheit zu gewährleisten, ohne den Nährwert des Endprodukts zu beeinträchtigen. Die Forschung bestätigt, dass es mit sorgfältiger Kontrolle des Prozesses, insbesondere im Hinblick auf Hitze und Filtration, möglich ist, hochwertige Proteingredientien herzustellen, die sowohl umweltfreundlich als auch sicher für den Verzehr sind.