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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein natürliches rotes Pigment, das
gegenüber
Oxidation stabil ist und einen ausgezeichneten Farbton zeigt. Die
vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls Nahrungsmittelprodukte
und Nahrungsmittelmaterialien, die mit dem natürlichen roten Pigment gefärbt sind.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung Fleischprodukte, Walfleischprodukte,
Fischfleischprodukte und Fischpastenprodukte, wobei Häm-Pigment,
das in ihren Rohfleischmaterialien vorliegt, in das oben beschriebene
natürliche
rote Pigment umgewandelt worden ist.
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Stand der
Technik
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Beispiele
für natürliche rote
Pigmente, die für
Nahrungsmittelprodukte verwendet werden können, beinhalten rotes Kohlpigment,
das aus roten Kohlblättern
extrahiert wird, rotes Gardenienpigment, das aus Gardenienfrüchten extrahiert
wird, Cochinelle-Pigment, das aus Cochinelle-Insekten extrahiert
wird, Paprikapigment, das aus Paprikafrüchten extrahiert wird, Rote-Beete-Pigment,
das aus Rote-Beete extrahiert wird, Traubenschalenpigment, das aus
Traubenschalten extrahiert wird, und Monascuspigment, das aus Mikroorganismen
der Gattung Monascus extrahiert wird. Diese Pigmente zeigen ihre
einzigarten Farbtöne,
haben jedoch gemeinsame Nachteile. Das heißt, daß der Farbton nach dem pH-Wert variieren kann
und einige Pigmente eine mangelnde Oxidationsstabilität zeigen.
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Gleichermaßen ist
Häm-Pigment
als Grundgerüst
für das
rote Pigment in Fleisch und Walfleisch gegenüber Oxidation instabil und
wird zum Beispiel durch Erhitzen leicht in die Met-Form umgewandelt.
Das, und zwar das einzige Mittel zur Verhinderung einer Umwandlung
des Häm-Pigmentes
in die Met- Form
durch Erhitzen besteht darin, Stickstoffmonoxid mit dem sechsten
Koordinationsplatz des zentralen Häm-Eisenatoms zu verknüpfen, um
so das Häm-Pigment
zu nitrositieren. Zu diesem Zweck ist es erlaubt, in Fischprodukten
und Walfischprodukten Farbfixative z.B. Natriumnitrit, zu verwenden,
bei dem es sich um eine Stickstoffmonixidquelle handelt. Nitrositiertes
Häm-Pigment
ist gegenüber
Oxidation stabil, sogar nachdem es erhitzt worden ist, und weist
einen ausgezeichneten Farbton, ein ins Pink gehendes Rot, auf.
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Nitrit
ist jedoch eine Substanz, die eine sehr hohe Reaktivität aufweist,
welche reduzierende Substanzen oxidiert und eine Nitrosierung, eine
Diazotierung und eine Deaminierung bewirkt. Insbesondere Nitrosamine,
die durch Reaktion von Nitrit mit sekundären Aminen gebildet werden,
sind stark karzinogen. Daher wird die Verwendung von Nitrosamin
in Frage gestellt.
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Die
vorliegende Erfindung erfolgte im Hinblick auf die oben beschriebenen
Umstände,
und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein natürliches
rotes Pigment bereitzustellen, das gegenüber Oxidation stabil ist und
einen ausgezeichneten Farbton zeigt, und außerdem Nahrungsmittelprodukte
und Nahrungsmittelmaterialien bereitstellt, die mit dem natürlichen
roten Pigment gefärbt
sind. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin,
Fleischprodukte, Walfleischprodukte, Fischfleischprodukte und Fischpastenprodukte
bereitzustellen, die gegenüber
Oxidation stabil sind und einen ausgezeichneten Farbton zeigen,
ohne dass es notwendig ist, Farbfixative, z.B. Nitrit, zu verwenden.
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Offenbarung
der Erfindung
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass,
wenn es sich bei dem Metallporphyrin-Anteil von Hämoglobin
und Myoglobin um den Zinkprotoporphyrin-9-Komplex handelt, es möglich ist,
ein natürliches
rotes Pigment bereitzustellen, das gegenüber Oxidation stabil ist und
einen ausgezeichneten Farbton zeigt, und außerdem Nahrungsmittelprodukte
und Nahrungsmittelmaterialien bereitzustellen, die mit dem natürlichen
roten Pigment gefärbt
sind, und dass es möglich
ist, Fleischprodukte, Walfleischprodukte, Fischfleischprodukte und
Fischfleischpastenprodukte bereitzustellen, welche gegenüber Oxidation
stabil sind und einen ausgezeichneten Farbton haben, ohne dass es
notwendig ist, Farbfixative, wie z.B. Nitrit zu verwenden, und zwar
durch Umwandlung von Häm-Pigment
in diesen Produkten in das oben beschriebene natürliche rote Pigment.
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Die
Erfinder haben die vorliegende Erfindung auf der Basis dieser Erkenntnis
gemacht.
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Das
natürliche
rote Pigment nach der vorliegenden Erfindung hat die folgenden Eigenschaften:
Das
Absorptionsspektrum einer 0,1%-igen wässrigen Lösung des natürlichen
roten Pigmentes im Wellenlängenbereich
von 650 nm bis 350 nm zeigt Absorptionsspitzen bei zwei Wellenlängen von
587 nm und 549 nm im sichtbaren Bereich, und eine Absorptionsspitze
bei einer Wellenlänge
von 423 nm im Soret-Band. Das Absorptionsspektrum von Zinkprotoporphyrin-9-Komplex, das mit
2-Butanon, dem HCL zugefügt
wurde, oder 75%-igem Aceton extrahiert wurde, zeigt Absorptionsspitzen
bei zwei Wellenlängen
von 584 nm und 543 nm im sichtbaren Bereich und einer Absorptionsspitze
bei einer Wellenlänge
von 417 nm im Soret-Band. Eine Massenspektrometeranalyse zeigt die
Gegenwart einer Spitzen-Charakteristik des Zinkprotoporphyrin-9-Komplexes
an der Position von m/e 624,20.
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Die
Struktur von natürlichem
roten Pigment ist in 1 gezeigt. Zinkprotoporphyrin
ist an der fünften Koordinationsstelle
an Globin gebunden, so dass Zinkhämoglobin und Zinkmyoglobin
gebildet werden. Zinkhämoglobin
ist im T-Zustand (gespanntem) Zustand fixiert, unabhängig davon,
ob es sich um die oxidierte oder die nicht oxidierte Form handelt.
Es wurde daher bisher für
die Studien der Wechselwirkung zwischen dem Elektronenzustand des
zentralen Häm-Metallatoms und der
Struktur des Proteinmoleküls
zum Beispiel ein partiell Zink als Ligandenträger aufweisendes Hybridhämoglobin
[Zn(II), Fe(II)] verwendet.
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Die
Idee Zinkhämoglobin
und Zinkmyoglobin zu verwenden, um Nahrungsmittelprodukte und Nahrungsmittelmaterialien
zu färben,
findet sich im Stand der Technik jedoch nicht. Außerdem wurde
die Tatsache, dass diese Pigmente einen extrem stabilen Farbton
in Nahrungsmittelprodukten und Nahrungsmittelmaterialien beibehalten,
zum ersten Mal in der vorliegenden Erfindung erkannt.
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Der
Anteil des natürlichen
roten Pigmentes, welche erfindungsgemäß verwendet wird, liegt bevorzugt im
Bereich von 0,05% bis 0,5% bezogen auf das Gewicht eines Nahrungsmittelproduktes
oder Nahrungsmittelmaterials. Als Beispiel für die Zugabe des natürlichen
roten Pigments zum Erhalt eines gewünschten Farbtons, wird bei
Zugabe des Pigmentes in einer Menge von 0,1% der Farbton von Oxyhämoglobin
und Oxymyoglobin von Schweinefleisch erhalten. Bei Zugabe des natürlichen
roten Pigments in einer Menge von 0,3% wird der Farbton von Oxyhämoglobin
und Oxymyoglobin von Rindfleisch erhalten.
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Die
Erfinder haben ebenfalls herausgefunden, dass das zentrale Eisenatom
eines normalen Häm-Pigmentes,
das in Fleisch, Walfleisch und Fischfleisch vorliegt, durch Zink
ersetzt wird, indem die Produktionsbedingungen, die hinterher durchgeführt werden,
gesteuert werden, und das Häm-Pigment nach dem
Zinkaustausch extrem stabil gegenüber Oxidation und einer Veränderung
des pH-Wertes ist und die gewünschte
Farbe beibehalten kann. Wenn zum Beispiel Fleisch, Walfleisch oder
Fischfleisch fünf
Tage lang bei 38°C
gehalten wird, wird das zentrale Eisenatom des Häm-Pigmentes durch Zink ersetzt.
Die vorliegende Erfindung ist also die erste, die die Tatsache offenbart,
dass ein Mechanismus, der das zentrale Eisenatom des Häm-Pigmentes unter
bestimmten Bedingungen durch Zink ersetzt, auf natürliche Weise
in den Muskeln von Fleisch, Walfleisch und Fischfleisch vorliegt.
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Der
Zink-Austausch in Fleisch, Walfleisch und Fischfleisch hängt vom
pH-Wert ab. Im Falle einer Reaktion bei 38°C liegt der optimale pH-Wert
bei 5,5. Da Zink für
den Austausch notwendig ist, wird das in den Muskeln vorliegende
Zink verwendet. Wenn jedoch speziell Zinkgluconat oder Zinkacetat
verwendet werden, wird der Zinkaustausch begünstigt. Im vorliegenden Zustand,
in dem im allgemeinen kein Zinkadditiv in Nahrungsmittelprodukten
vorliegt, ist die Zugabe von Nahrungsmittelmaterialien, die eine
große
Menge an Zink enthalten, z.B. Austernfleischextrakt, wirkungsvoll.
Ferner wird der Zinkaustausch in Fleisch, Walfleisch und Fischfleisch
durch die Zugabe eines Phosphates begünstigt. Im Hinblick auf Nahrungsmitteladditive
ist die Zugabe der folgenden Substanzen wirkungsvoll: Phosphorsäure, Trikaliumphosphat,
Tricalciumphosphat, Diammoniumhydrogenphosphat, Ammoniumdihydrogenphosphat,
Dikaliumhydrogenphosphat, Kaliumdihydrogenphosphat, Calciummonohydrogenphosphat,
Calciumdihydrogenphosphat, Dinatriumhydrogenphosphat, Natriumdihydrogenphosphat,
Trinatriumphosphat, usw..
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Mittlerweile
haben die Erfinder ebenfalls herausgefunden, dass ein Zinkaustauschmechanismus
auch im Herzen, der Leber usw. von Fleisch, Walfleisch und Fischfleisch
existiert, und dieser eine Aktivität aufweist, die um ein Vielfaches
höher als
der der Muskeln ist. Die optimale Temperatur für die Reaktion ist in Leber
besonders hoch. Wenn die Reaktion bei 55°C durchgeführt wird, ist der Zinkaustausch
in drei Stunden abgeschlossen. In diesem Falle verschiebt sich der
optimale pH-Wert für
die Reaktion auf 6,0.
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Die
aktive Fraktion der Leber liegt in der Leber-Mikrosomfraktion vor.
Beim Fraktionieren durch Ultrafiltration handelt es sich bei der
aktiven Fraktion der Leber um eine Fraktion mit einem Molekulargewicht
von nicht weniger als 200.000. Wenn die Mikrosomfraktion 30 Minuten
lang auf 80°C
aufgeheizt wird oder wenn dem Reaktionssystem Azid zugegeben wird,
findet kein Zinkaustausch statt. Es wird angenommen, dass es sich
bei dem aktiven Körper
um ein Enzym handelt. Es ist gleichermaßen gut möglich, anstelle von Leber einen Mikroorganismus
zu verwenden, der ein vergleichbares Enzym erzeugt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Diagramm, das die Bindungsstelle von Zinkprotoporphyrin-9-Komplex
an einen Histidin-Rest im Globin zeigt. 2 ist ein
Diagramm, das die Wirkung des pH-Wertes
auf die Veränderung
des Absorptionsspektrums von Zinkmyoglobin zeigt. 3 ist
ein Diagramm, das das Absorptionsspektrum von Häm, welches aus einem Fleischhomogenat
extrahiert wurde, und das eines Zinkprotoporphyrin-9-Reagenzes zeigt. 4 ist
ein Diagramm, das das HPLC-Muster
von Häm,
das aus einem Fleischhomogenat extrahiert wurde, und das eines Zinkprotoporphyrin-9-Reagenzes
zeigt.
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Beste Ausführungsform
der Erfindung
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Im
folgenden werden Beispiele der vorliegenden Erfindung in Bezug auf
Tabellen 1 und 2 und die beiliegenden Zeichnungen zur genaueren
Erläuterung
der Erfindung beschrieben.
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Beispiel 1 (Lichtstabilität des Pigmentes)
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Myoglobin
(Untersuchungsprobe), dessen Metallporphyrinanteil durch Zinkprotoporphyrin-9-Komplex ersetzt
wurde, Oxymyoglobin (Vergleichsprobe 1) und Nitrosomyoglobin (Vergleichsprobe
2), welches hergestellt wurde, indem Stickstoffmonoxidgas in Myoglobin
des reduzierten Typs eingeblasen wird, werden jeweils in 0,02 M
Phosphorsäure-Pufferlösung (pH-Wert
5,5) bei einer Konzentration von 0,1% gelöst und einer Untersuchung der
Ausbleichung in einer Woche bei 10°C unter Fluoreszenzbeleuchtung
bei 2.500 lux unterzogen. Der Grad der Ausbleichung wird als Veränderung
der Absorption bei einer Wellenlänge
von 423 nm (Tabelle 1) ausgedrückt.
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[Tabelle
1] Tabelle
1 Veränderung
der Absorption unter Fluoreszenzbelichtung
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Wie
in Tabelle 1 gezeigt ist, sind die Vergleichsproben 1 und 2 am dritten
Tag bzw. am vierten Tag fast vollständig ausgebleicht, wohingegen
die Untersuchungsprobe mit einer extrem geringen Geschwindigkeit ausbleicht
und sogar am siebten Tag noch einen roten Farbton beibehält.
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Beispiel 2 (pH-Wert-Stabilität des Pigmentes)
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Der
pH-Wert jeder Lösung,
wie sie in Beispiel 1 verwendet wurden, wird im pH-Bereich von 3,0
bis 10,0 mit 1 N-Salzsäure oder
1 N Natriumhydroxid eingestellt. Dann wird das Absorptionsspektrum
jeder Lösung
im Wellenlängenbereich
von 650 nm bis 350 nm gemessen. 2 zeigt
die Ergebnisse der Messung.
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Wie
in 2 gezeigt ist, war das Pigment der Untersuchungsprobe
im pH-Bereich von 5,0 bis 10,0 stabil, und es wurde im wesentlichen
keine Veränderung
des Spektrums beobachtet. Im pH-Wert-Bereich von 3,0 bis 5,0 fiel
das Pigment teilweise aus. Der Niederschlag behielt jedoch den roten
Farbton bei. Gleichzeitig zeigten die Vergleichsproben 1 und 2 bei
einem pH von nicht mehr als 5,0 einen deutlichen Niederschlag, auch wenn
es in der Figur nicht dargestellt ist, und die Niederschläge hatten
den Farbton von Met-Myoglobin,
d.h. dunkles Braun.
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Beispiel 3 (Wärmestabilität des Pigmentes)
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Die
Lösung
der Untersuchungsprobe, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurde, wird
30 Minuten lang auf 70°C
erwärmt.
Die Erwärmung
verursacht keine Veränderung
des Absorptionsspektrum des 75%-igen Aceton-Extraktes. Sowohl die
nicht erhitzte Lösung
als auch die erhitzte Lösung
zeigen Absorptionsspitzen, bei Wellenlängen von 584 nm, 543 nm und
417 nm, wie sie für
Zinkprotoporphyrin-9-Komplex charakteristisch sind. Der Niederschlag,
der in der erwärmten
Lösung
gebildet wird, behält
ebenfalls den hellroten Farbton bei.
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Beispiel 4 (Austausch
des zentralen Häm-Eisenatoms
in Myoglobin-Schweinefleisch durch Zink)
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Fleisch
der Schweinelende, von dem so weit wie möglich Fett und Bindegewebe
entfernt wurde, wird zerkleinert.
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Anschließend wird
das zerkleinerte Fleisch mit einer 0,2 M Phosphorsäure-Pufferlösung (pH-Wert
5,5) homogenisiert und dann fünf
Tage lang bei 37°C
gehalten. Nach der Aufbewahrung wird Häm mit 75%-igem Aceton extrahiert
und anschließend
einer Absorptionsspektralanalyse im Wellenlängenbereich von 650 nm bis 350
nm unterzogen und ebenfalls einer HPLC-Analyse, um einen Vergleich
mit einem Zinkprotoporphyrin-IX-Reagenz zu ziehen (erhältlich von
Aldrich Chemical Company, Inc.). Die HPLC-Bedingungen waren wir folgt:
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Die
Ergebnisse der Messung sind in den 3 und 4 gezeigt.
Sowohl sie Spitze im Absorptionsspektrum als auch die Spitze der
HPLC-Eluierung von Häm,
das aus dem Fleischhomogenat extrahiert wurde, stimmt mit jenen
des Zinkprotoporphyrin-9-Reagenzes überein.
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Beispiel 5 (Ausbleichuntersuchung
an Fleichhomogenat)
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Das
Homogenat des Fleisches der Schweinelende, wie es in Beispiel 4
hergestellt wurde, wird in ein Polyethylengehäuse mit einer Breite von 20
mm gefüllt
und in einem Bad 30 Minuten lang bei 70°C erwärmt. Anschließend wird
das Fleischhomogenat in eine Dicke von 5 mm (Untersuchungsprobe)
geschnitten. Eine Vergleichsprobe wird wie folgt hergestellt. Das
Myoglobin in dem Fleischhomogenat wird nitrosiert, indem 200 ppm
Natriumnitrit und 0,2% Natriumascorbat verwendet werden. Nachdem
es auf die gleiche Weise wie oben erhitzt wurde, wird das Fleischhomogenat
in eine Dicke von 5 mm (Vergleichsprobe) geschnitten. Die Untersuchung
der Ausbleichung wird drei Tage lang bei 10°C unter Fluoreszenzbelichtung
bei 2.500 lux durchgeführt.
Die Veränderung
des Farbtons während
der Untersuchungsperiode wird mit einem Farbdifferenzmeßgerät (Color
Tester, erhältlich
von Suga Test Instruments) gemessen und als Hunter-"a"-Wert (Tabelle 2) ausgegeben.
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[Tabelle
2] Tabelle
2 Veränderung
des Hunter-"a"-Wertes unter Fluoreszenzbelichtung
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Wie
in Tabelle 2 dargestellt ist, bleicht die Vergleichsprobe nach 36
vollständig
Stunden aus, wohingegen die Untersuchungsprobe mit einer extrem
geringen Geschwindigkeit ausbleicht und den roten Farbton sogar
noch nach 72 Stunden beibehält.
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Beispiel 6 (Herstellung
einer hochkonzentrierten Zinkhämoglobinlösung)
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Schweineherz,
von dem so weit wie möglich
Fett und Bindegewebe entfernt worden ist, wird zerkleinert. Anschließend wird
das zerkleinerte Fleisch mit einer 0,2 M-Phosphorsäure-Pufferlösung (pH-Wert
5,5), welche 10% Schweinehämoglobin
und 0,1% Zinkgluconat enthält,
homogenisiert und anschließend
15 Stunden lang bei 37°C
gehalten. Nach der Behandlung wird das Absorptionsspektrum durch
das in Beispiel 4 gezeigte Verfahren gemessen. Es wurde bestätigt, dass
das zentrale Häm-Eisenatom
in dem zugefügten Schweinehämoglobin
durch Zink ersetzt wurde.
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Beispiel 7 (Zinkaustausch
in Schweinemyoglobin durch Schweineleber)
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Schweineleber
wird mit 0,2 M-Phosphorsäure-Pufferlösung (pH-Wert
6,0) homogenisiert, welche in der doppelten Menge der Schweineleber
zugegeben wurde. Anschließend
wird die Schweineleber weiter mit 0,01% Zinkgluconat, zusammen mit
Fleisch der Schweinelende, das in einer Menge zugegeben wurde, die
der der Schweineleber entspricht, homogenisiert und anschließend drei
Stunden lang bei 55°C
gehalten. Nach der Behandlung wird das Absorptionsspektrum nach
dem in Beispiel 4 gezeigten Verfahren gemessen. Es wurde bestätigt, daß das zentrale
Häm-Eisenatom
in Schweinemyoglobin in dem Reaktionssystem durch Zink ersetzt wurde.
Nach der Behandlung wurde das Homogenat weitere 30 Minuten bei 75°C erhitzt.
Es wurde bestätigt, dass
das Homogenat nach dem Erwärmen
einen ausgezeichneten Farbton von ins Pink gehende Rot aufweist.
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Beispiel 8 (Herstellung
eines neuen Fleischproduktes unter Verwendung der Mikrosomfraktion
von Schweineleber)
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Schweineleber
wird mit einer Salzlake (die 5% Salz, 2 getrocknete Kräuter und
0,5% Gewürz;
pH-Wert 7,0), die in der doppelten Menge der Schweineleber zugegeben
wird, homogenisiert. Anschließend
wird die Schweineleber in einer Zentrifuge bei 10.000 × g 20 Minuten
lang behandelt. Die überstehende
Zentrifugenlösung
wird in das Fleisch der Schweinelende in einer Menge von 35% bezogen
auf das Fleisch injiziert. Anschließend wird nach einem herkömmlichen
Vorgang eine Lendenrolle hergestellt. Die Erwärmung wird in einem Bad in
folgender Reihenfolge durchgeführt:
zwei Stunden lang bei 50°C,
zwei Stunden lang bei 55°C
und eine Stunde lang bei 72°C.
Die Erwärmung
wird abgeschlossen, wenn die Temperatur im Mittelpunkt 68°C erreicht
hat. Nachdem die Schweinelende über
Nacht auf 2°C
abgekühlt
wurde, wird das Absorptionsspektrum mit den in Beispiel 4 gezeigten
Verfahren gemessen. Es bestätigt
sich, dass das zentrale Häm-Eisenatom
in dem Myoglobin in der Lendenrolle durch Zink ersetzt wurde. Es
bestätigt
sich ebenfalls, dass die Lendenrolle einen ausgezeichneten Farbton
von ins Pink gehendem Rot aufweist.
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Wie
oben angegeben, ist es nach der vorliegenden Erfindung möglich, ein
natürliches
rotes Pigment bereitzustellen, das gegenüber Oxidation stabil ist und
einen ausgezeichneten Farbton bereitstellt, und ebenfalls Nahrungsmittelprodukte
und Nahrungsmittelmaterialien bereitzustellen, die mit dem natürlichen
roten Pigment gefärbt
sind. Es ist ebenfalls möglich,
Fleischprodukte, Walfleischprodukte, Fischfleischprodukte und Fischpastenprodukte
bereitzustellen, die ge genüber
Oxidation und pH-Wert-Veränderungen
stabil sind und einen ausgezeichneten Farbton zeigen, und dass die
Notwendigkeit besteht, ein Farbfixativ, z.B. Nitrit, zu verwenden.
-
Industrielle
Anwendbarkeit
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Nach
der vorliegenden Erfindung wandeln sich Hämoglobin und Myoglobin, die
in rohen Fleischmaterialien vorliegen, in ein natürliches
rotes Pigment um. Infolgedessen ist die vorliegende Erfindung auf
Fleischprodukte, Walfleischprodukte, Fischfleischprodukte und Fischpastenprodukte
anwendbar.