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Verfahren zur Herstellung eines Hydrolysates aus Hefen
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung eines Hydrolysates aus Hefen.
Man kennt seit langem den Wert von Hefen als Quelle von Eiweissstoffen, Vitaminen und Mineral- salzen.
Diese Hefepräparate haben jedoch bisher keine sehr ausgedehnte Anwendung finden können, u. zw. wegen ihres sehr charakteristischen bitteren Geschmacks, der von einer Vielzahl der Verbraucher oft schlecht angenommen wird. Darüber hinaus ist es bekannt, dass die Behandlung von nichtzerkleinerter
Hefe durch Trocknung oder anderweitig sehr unvollkommen ist.
Es sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, um aus Hefe einen höheren Anteil des Nähr- wertes, insbesondere ihren Reichtum an Vitaminen und Eiweissstoffen, zu extrahieren. Diese Verfahren beziehen sich insbesondere auf die Extraktion, Autolyse, Hydrolyse und eine Kombination dieser Arbeitweisen.
Die Extraktion besteht in einer Entfernung der löslichen Substanzen auf wässerigem Wege, im allgemeinen in der Wärme. Dieses Verfahren gestattet jedoch nur eine minimale Extraktion in der Grössenordnung von 10 bis 15% der Eiweissstoffe sowie der Mineralsalze.
Der so erhaltene Extrakt enthält ungefähr 3 - 40/0 Gesamtstickstoff. Er ist also arm an Eiweissstoffen, die in der unlöslichen Fraktion verblieben sind. Die Extraktion wird häufig mit einer Plasmolyse kombiniert, um die Ausbeute an Extrakt zu erhöhen. aber diese Arbeitsweise bringt den Nachteil mit sich, dass sie Extrakte liefert, die sehr reich an Kochsalz sind.
Das Verfahren wird manchmal durch eine saure Hydrolyse des unlöslichen Anteils vervollständigt, mit dem Ziel, den grösseren Teil der Eiweissstoffe löslich zu machen und diese dann dem Extrakt nach einer Neutralisation mit Natronlauge einzuverleiben. Eine solche Behandlung ergibt im allgemeinen eine annehmbare Ausbeute, aber das erhaltene Produkt ist von minderer Qualität und reich an Salzen.
Die hieraus erhaltenen Hefeextrakte haben einen charakteristischen Geschmack, der schwer zu verbergen ist.
Die Autolyse, manchmal verbunden mit einer Plasmolyse, besteht darin, dass man die natürlichen Enzyme der Hefe ausnutzt, um einen ausreichenden Abbau der Eiweissstoffe zu erhalten und eine geeignete Löslichmachung dieser Stoffe zu erzielen. Dieses Verfahren ist mit zwei grösseren Nachteilen belastet. Einer davon besteht darin, dass das Verfahren bei einer Temperatur durchgeführt wird, die für die Wirksamkeit der verschiedenen natürlichen Enzyme, die die Hefe enthält, günstig ist, was gut ist, wenn man nur den Ablauf der Reaktion in wirksamer Weise dirigieren und das Auftreten von unerwünschten sekundären Reaktionen verhindern kann. Die Ausbeute wird hievon beeinflusst, und die Autolysate besitzen oft einen ziemlich ausgeprägten Hefegeschmack, der ihre Verwendung begrenzt.
Übrigens ist, da der Abbau bei mässigen Temperaturen in der Grössenordnung von 30 bis 500C verläuft, diese Arbeitsweise langsam und erfordert oft eine Dauer zwischen 70 und 120 h, um eine annehmbare Ausbeute sicherzustellen. Darüber hinaus ergibt sie eine Art Karamelisierung oder Bräunung, die dem Geschmack und dem Aussehen des Produktes schadet und seine Hygroskopizität erhöht. Daher sind die so erhaltenen Autolysate schwer zu trocknen.
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Diese Faktoren erhalten eine grosse Bedeutung, wenn das Verfahren in industriellem Ausmass ange- wendet werden soll.
Die Löslichmachung der Eiweissstoffe kann in gleicher Weise durch eine saure oder alkalische Hy- drolyse der Hefe erzielt werden. Die alkalische Hydrolyse bringt die Eiweissstoffe leicht in einem alka- lischen Milieu in Lösung und lässt sie leicht von der unlöslichen Fraktion durch eine Filtration abtren- nen. Durch diese Behandlung werden indessen gewisse Aminosäuren isomerisiert und die Neutralisation der filtrierten Lösung führt zur Ausfällung von Eiweissstoffen bei einem pH-Wert zwischen 5,0 und 7,0.
Aus dieser Tatsache ergibt sich leider ein merklicher Verlust.
Die saure Hydrolyse besteht darin, dass man die Hefe in einem sauren Milieu erhitzt, um die Ami- nosäuren freizusetzen, aber ein merklicher Teil dieser Stoffe, insbesondere diejenigen, die bei einem stark sauren pH-Wert empfindlich sind, werden im Laufe der Behandlung zerstört.
Anderseits enthalten die Medien der Hydrolyse Polysaccharide, die durch Kondensation mit den
Aminosäuren gummiartige Massen liefern, die wenig löslich sind und eine intensive Färbung der Hydro- lysenlösung ergeben. Man bewirkt somit leider den Verlust bestimmter Aminosäuren, ausserdem enthalten die Hydrolysate einen hohen Anteil an Kochsalz. Um das Hydrolysat zu entfärben, ist es über- dies notwendig, das Produkt mit Aktivkohle zu behandeln, was die Qualität und den Gestehungspreis des Fertigproduktes ungünstig beeinflusst.
Die Erfindung soll ein verbessertes Hefehydrolysat erzeugen und die Nachteile, die zuvor angegeben sind, gänzlich vermeiden.
Sie hat ein Verfahren zur Herstellung eines Hydrolysates aus Hefe zum Ziel, welches Verfahren vor allem dadurch gekennzeichnet ist, dass man die Hefe einer ersten thermischen Behandlung unterwirft, um die darin enthaltenden natürlichen Enzyme zu inaktivieren, wobei die Dauer und Temperatur dieser Behandlung so eingestellt wird, dass keine Plasmolyse eintritt, dass man diese Hefe dann hydrolysiert, wobei man mindestens ein proteolytisches Enzym und gegebenenfalls einen Aktivator für das jeweilige Enzym zur Einwirkung bringt und die Bedingungen des pH-Wertes und der Temperatur für die proteolytische Aktivität des gewählten Enzyms optimal hält und dass man dann, wenn der gewünschte Grad der Hydrolyse erreicht ist, das Hydrolysat einer zweiten thermischen Behandlung unterwirft, um die vorher zugeführten Enzyme zu inaktivieren.
Man erzielt somit eine gerichtete Hydrolyse der Hefe ; ausgehend von einem standardisierten Ausgangsmaterial und von ausgewählten Enzymen ist es möglich, ein Produkt zu erhalten, dessen Eigenschaften im voraus definiert werden können.
Gegenüber einer Extraktion mit heissem Wasser oder einer Plasmolyse (deutsche Patentschrift Nr. 107737) liefert das erfindungsgemässeverfahren Extraktemit wesentlich höherem Gehalt an Gesamtstickstoff, Aminostickstoff und Proteinen.
Die Enzyme, die im Laufe des erfindungsgemässen Verfahren zur Einwirkung dienen können, werden bevorzugt aus den nachstehend aufgeführten ausgewählt : Pankreatin, Ficin, Bromelin, Papain, proteolytische Enzyme aus Pilzen (Aspergillus orial Rhozym usw. ). Man kann auch mehrere proteolytische Enzyme, die gleichzeitig oder nacheinander zur Wirkung kommen, oder auch mehrere Gemische von Enzymen, die nacheinander wirken sollen, verwenden.
Das verwendete Ausgangsmaterial kann Hefe vom Typ Saccharomyces sein, wie Bäckereihefe (Sauerteig), Bierhefe, komprimierte oder getrocknete Hefe, Hefe, die aus einem Gärungsmilieu stammt, oder auch eine Hefe der Arten Candida, Torulopsis, Hansenula usw. Im allgemeinen ist es vorzuziehen, die Hydrolyse der Hefe in einer wässerigen Suspension durchzuführen, wobei diese Suspension einen Gehalt an Trockenstoffen aufweist, der zwischen 5 und 25 Gel .-% lieges kann.
Die erste thermische Behandlung, der die Hefe unterworfen wird, ist eine Behandlung, die dazu bestimmt ist, die Inaktivierung der natürlichen Enzyme, welche die Hefe enthält, zu bewirken. Die Suspension wird daher auf eine Temperatur erhitzt, die höher ist als die, die eine Inaktivierung der Enzyme der Hefe mit sich bringt. Diese Temperatur überschreitet im allgemeinen 700C und liegt bevorzugt zwischen 90 und 950C. Die Dauer der Erhitzung kann in Abhängigkeit von der Temperatur schwanken ; wenn sie zwischen 90 und 950C liegt, reicht eine Erhitzungsdauer von 10 bis 12 min voll aus. Hiebei tritt keine Plasmolyse ein.
Das gewählte proteolytische Enzym oder das Gemisch dieser Enzyme wird der Suspension zugegeben, wenn die Temperatur der Suspension auf eine Temperatur zurückgeführt ist, die dem Aktivitätsoptimum der Protease entspricht. Diese Temperatur wird vorzugsweise oberhalb 50 C gehalten, um nach Möglichkeit Sekundärreaktionen zu verhindern, die eventuell durch Fermente in der Hefe, die der thermischen Vorbehandlung widerstanden haben, hervorgerufen sein könnten. In der Mehrzahl der Fälle
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wird die Hydrolyse bei einer Temperatur zwischen 60 und 800C durchgeführt. Sie ist im allgemeinen nach einer Zeit von 4 bis 12 h beendet.
Die Schwankungen des pH-Wertes können leicht im Laufe der Hydrolyse geregelt werden ; es ist ebenfalls leicht, diesen Wert durch eine Zugabe von Säure oder Alkalien zum Reaktionsmedium innerhalb der Grenzen zu halten, wie sie durch das Enzym oder das gewählte Enzymgemisch erforderlich sind.
Je nach der Art des verwendeten Enzyms oder Enzymgemisches ist es angezeigt, einen spezifischen
Aktivator für das gewählte Enzym zuzusetzen, z. B. Glutathion, Cystin, Cystein oder Schwefeldioxyd usw., um eine Beschleunigung der enzymatischen Wirksamkeit und eine schnellere Reaktion hervorzu- rufen.
Parallel hiezu und unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Verträglichkeit des verwendeten
Enzyms oder Enzymgemisches bekannt ist, kann man eine Entfernung von Inhibitoren vorsehen, die den
Ablauf der Reaktion erschweren könnten. Anderseits gestattet die Wahl des Enzyms oder Enzymgemisches sowohl den Grad der Löslichmachung (Ausbeute an löslichen Stoffen) sowie den Grad des Abbaues (Ausmass des Aminostickstoffes) der Eiweissausgangsstoffe zu variieren. Es ist zu beachten, dass man im allgemeinen eine gute Ausbeute an löslichen Stoffen erstrebt und dass der Gehalt an Aminostickstoff von 20 bis 80% des Gesamtstickstoffes variieren kann. Der letztgenannte Wert ist weitgehend abhängig vom verwendeten Enzym oder den Enzymen.
Ausgehend von der Tatsache, dass es möglich ist, das Enzym oder Enzymgemisch auszuwählen und die Hydrolyse an einem bestimmten Zeitpunkt anzuhalten, kann man ein Hydrolysat herstellen, das für einen bestimmten Löslichkeitswert einen Abbaugrad besitzt, der innerhalb der oben angegebenen Grenzen variieren kann.
Die Natur des gewählten Enzyms oder der Enzyme kann ebenfalls eine nicht zu vernachlässigende Rolle auf die Struktur der Membran der Hefe spielen. Tatsächlich kann die enzymatische Wirkung diese Struktur in einem sehr verschiedenen Masse verändern und einerseits einen schnelleren Austausch mit dem Kern und mit dem Plasma ermöglichen und anderseits eine leichtere Abtrennung der unlöslichen Membranen im Laufe der verschiedenen Arbeitsgänge der Abtrennung, wie sie vorgesehen sein können (Zentrifugieren, Abtrennen mit Hilfe von Filterpressen usw.), erzielen lassen.
Am Ende der Reaktion wird die Suspension einer zweiten thermischen Behandlung unterworfen, die darin besteht, dass man das Hydrolysat etwa 10 min auf eine Temperatur zwischen 90 und 950C erhitzt.
Nachdem die unlösliche Fraktion abgetrennt wurde, kann man ein Konzentrieren des Hydrolysates bis zum Erhalt einer Paste mit einem Gehalt von etwa 18 bis 25 Gel.-% Wasser vornehmen. Das Endprodukt kann auch auf einem Zylindertrockner, durch Zerstäubung oder auch im Inneren eines Vakuumrohres getrocknet werden und dann in Form von Pulver oder Granulat einen Feuchtigkeitsgrad zwischen 3 und S% aufweisen. Wenn das Produkt am Ende getrocknet wird, ist es vorteilhaft, das Hydrolysat bis zu einem Gehalt an Trockenstoffen von etwa 50% vorzukonzentrieren.
Das Hefehydrolysat, das aus dem beschriebenen Verfahren resultiert, bietet den Vorteil, dass es einen angenehmen Geschmack besitzt ; es kann zahlreichen Lebensmitteln, z. B. Suppen, Bouillon, Ge- wiirzzubereitungen oder diätetischen Zubereitungen, einverleibt werden, um diese an löslichen, leicht assimilisierbaren Eiweissstoffen anzureichern. Man kann in gleicher Weise mit Vorteil die Hydrolysate üblicher Eiweissstoffe, üblicher Peptone usw. ersetzen.
Die nachstehenden Beispiele erläutern die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, die indessen nicht auf die dort angegebenen Bedingungen begrenzt ist. Die Mengen sind als Gewichtsmengen ausgedrückt.
EMI3.1
ten.
Die Reaktion erstreckt sich über eine Zeitdauer von 6 bis 10 h unter Rühren, wobei die Suspension erneut 10 min auf 90 - 950C gebracht wird, damit die Aktivität des Pankreatins verschwindet. Der PHWert der hydrolysierten Suspension wird auf 6,0 eingestellt, dann wird sie von ihrer unlöslichen Fraktion durch Zentrifugieren oder mit Hilfe einer Filterpresse abgetrennt. Der Rückstand wird ein-bis zweimal mit der gleichen Menge Wasser gewaschen, dann werden das Filtrat und die Waschwässer bis auf eine pastenartige Konsistenz (20-22% Wasser) konzentriert oder mit Hilfe geeigneter Vorrichtungen gut getrocknet, u. zw. bis auf 3 - 50/0 Wasser.
Das Trockenprodukt in Form von Pulver oder Granulat enthält :
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10-11% Gesamtstickstoff
3 - 5% Feuchtigkeit
8-10% Asche weniger als 1% Kochsalz.
Es löst sich in Wasser und ergibt eine klare Lösung, die leicht gold gefärbt und von angenehmem Geschmack ist. Der Hefegeschmack ist wenig zu merken.
Die Ausbeute an Trockenprodukt beträgt etwa 60 kg.
Beispiel 2: 5 kg Bäckereipresshefe mit einem Gehalt an trockensubstanz von etwa 25% werden in 7,0 kg Wasser suspendiert und bis zum Erhalt eines homogenen Gemisches gerührt.
EMI4.1
abgekühlt. Man fügt darauf 1, 2 g Ficin und 2,4 g Bromelin hinzu.
Die Temperatur wird bei 500C gehalten und der pH-Wert auf einen Wert zwischen 6,0 und 7,5 eingestellt. Nach 8 h befinden sich mindestens 90% der Eiweissstoffe in Lösung.
Der unlösliche Rest wird in üblicher Weise abgetrennt und zweimal mit der gleichen Menge Wasser gewaschen.
Die filtrierte Lösung und die Waschwässer werden im Vakuum bis zum Erhalt einer viskosen Paste eingeengt. Diese Paste wird unter Erzeugung eines Pulvers mit 10-11% Gesamtstickstoff getrocknet, welches Pulver sich leicht in Wasser unter Bildung einer klaren Lösung auflöst.
Beispie l 3 : 100 kg frische Torulahefesuspension mit 12 kg Trockensubstanz werden 30 min bei 850C behandelt.
Man hält die Suspension bei dieser Temperatur und fügt 500 g Papain mit einer Aktivität von 1 : 350 hinzu. Der pH-Wert wird auf einen Wert zwischen 6,5 und 7,5 stabilisiert. Nach 6 h wird die Reaktion unterbrochen, indem man wie in Beispiel 2 verfährt. Die Eiweissstoffe der Hefe sind praktisch löslich gemacht. Nach Klärung, Konzentrierung und Trocknung erhält man ein blassgelbes Pulver, dessen Feuchtigkeitsgehalt zwischen 3 und 5% liegt und das 10 - 110/0 Gesamtstickstoff enthält. Das Gewicht des erhaltenen Produktes beträgt etwa 6,5 kg.
Die Zugabe von Glutathion, Cystin, Cystein oder Schwefeldioxyd in kleinen Mengen im Gemisch oder einzeln ermöglicht es, die Hydrolysedauer von 6 auf etwa 4 - 5 h herabzusetzen.
PATENTANSPRÜCHE :
Verfahren zur Herstellung eines Hydrolysates aus Hefen, dadurch gekennzeichnet, dass man die Hefe zur Inaktivierung der in ihr enthaltenen natürlichen Enzyme einer ersten thermischen Behandlung unterwirft, deren Dauer und Temperatur so eingestellt wird, dass keine Plasmolyse eintritt, worauf man die so behandelte Hefe durch Zusatz mindestens eines proteolytischen Enzyms und gegebenenfalls eines Aktivators für das jeweilige Enzym hydrolysiert und dabei den PH-Wert und die Temperatur für die proteolytische Wirksamkeit des gewählten Enzyms optimal hält und schliesslich, wenn der gewünschte Hydrolysegrad erreicht ist, das Hydrolysat einer zweiten thermischen Behandlung zwecks Inaktivierung des zuvor eingeführten Enzyms unterwirft, worauf man gegebenenfalls eine Abtrennung vom Unlöslichen und eine Konzentration anschliesst.