AT332845B - Verfahren und vorrichtung zur regulierung der konzentration einer, in einer losung oder suspension vorliegenden verbindung, insbesondere zur entfernung abbaubarer unerwunschter bestandteile der milch - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regulierung der Konzentration einer in einer Lösung oder Suspension vorliegenden Verbindung insbesonders zur Entfernung abbaubarer unerwünschter Bestandteile der Milch, unter Verwendung eines die enzymatische Umwandlung der Verbindung herbeiführenden Enzyms oder Enzym-Trägersystems, welches durch einfache Filtration von der Verbindung abtrennbar ist. 



   Enzyme haben starke Verbreitung in der Industrie zwecks Beschleunigung chemischer Reaktionen gefunden. Aus wirtschaftlichen Gründen und um eine Verunreinigung des Endproduktes zu vermeiden, ist es   häufig   erforderlich, das bei diesen Verfahren verwendete Enzym aus der Flüssigkeit, in der die Umsetzung vor sich gegangen war, zu isolieren. Es gibt hiefür zwei herkömmliche Verfahrensweisen : eine besteht darin, das Enzym durch Bindung an einen unlöslichen Träger unlöslich zu machen, und die andere darin, das Enzym in einem Reaktionsgefäss, das mit einem als Membran dienenden Diffusionssack versehen ist, zurückzuhalten und die Flüssigkeit von diesem Sack wegfliessen zu lassen.

   Das erste Verfahren hat den Nachteil, dass unlöslich gemachte Enzyme dazu neigen, mit der Zeit ziemlich schnell an Aktivität zu verlieren, so dass, wie festgestellt werden konnte, grosse Enzymträgerbereiche oder lange Verweilzeiten erforderlich sind, was zur Erhöhung der Verfahrenskosten führt. Das zweite Verfahren, das von der Diffusion der Reaktionskomponenten und der Reaktionsprodukte mit Bezug auf eine halbdurchlässige Membran abhängig ist, ist langsam, erfordert grosse Membranbereiche und ist daher zur gewerblichen Anwendung nicht geeignet. 



   Diese Nachteile bekannter Verfahren werden durch das   erfindungsgemässe   Verfahren zur Regulierung der Konzentration einer in einer Lösung oder Suspension vorliegenden Verbindung dadurch überbrückt, dass alle grossen in der Lösung oder Suspension vorhandenen Teile durch ein Filter mit einer Porengrösse, die so gross gewählt wird, dass das Enzym gerade noch zurückgehalten werden könnte, vor Zusatz des Enzyms unter Bildung eines ersten Filtrats abgetrennt werden, d. h.

   durch ein Filter, dessen Porengrösse den Durchtritt der Verbindung, nicht jedoch den Durchtritt des löslichen Enzyms gestatten würde, dass hierauf das Enzym mit diesem ersten Filtrat während einer zur Herbeiführung der enzymatischen Umwandlung erforderlichen Zeit in Kontakt gehalten wird, das Enzym sodann unter Bildung eines zweiten Filtrats durch Filtrieren abgetrennt, und dieses zweite Filtrat mit den nach der ersten Filtration zurückgehaltenen Rückstand vereinigt wird. 



   Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ; eine solche   erfindungsgemässe   Vorrichtung ist gekennzeichnet durch ein erstes Filter, dessen Porengrösse den Durchtritt der Verbindung, nicht jedoch den Durchtritt des Enzyms gestatten würde, ein Reaktionsgefäss für die enzymatische Umwandlung der Substanz, ein zweites Filter zum Abtrennen des Enzyms, und Einrichtungen zum Vereinen des Filtrats aus dem zweiten Filter mit dem durch das erste Filter abgeschiedenen Material. 



   Die Erfindung eignet sich bessonders zur Anwendung bei der Hydrolyse von Lactose in Milch, kann jedoch auch in zahlreichen andern Systemen Verwendung finden, wie   z. B.   bei der Regelung des Glucosegehaltes in Ovalbumin unter Verwendung von Glucoseoxydase oder bei der Entfernung von Limonin aus Citrusfrüchten unter Verwendung von Limoninase. 



   Vorzugsweise wird das enzymatische Material von dem zweiten Filter zu dem Reaktionsgefäss rückgeleitet, um einen kontinuierlichen Strom der Lösung aus der Vorrichtung aufrechtzuerhalten. 



   Bemerkt sei, dass, wenn die Porengrösse beider Filter die gleiche ist, oder wenn die Porengrösse des zweiten Filters grösser ist als die Porengrösse des ersten Filters, die Zusammensetzung der erhaltenen Flüssigkeit die gleiche sein wird wie der die Ausgangszusammensetzung, mit Ausnahme der enzymatischen Umwandlung der Substratverbindung. Dieses Verfahren kann somit verwendet werden, um eine wirtschaftliche Umwandlung bestimmter Substanzen in einer heterogenen Lösung oder Suspension auszuführen, vorausgesetzt, dass die Substanz enzymatisch durch ein Enzym umgewandelt werden kann, dessen Molekülgrösse grösser ist als jene der Substanz.

   Das Verfahren ist von besonderer Bedeutung, wenn gewünscht wird, aus der Lösung eine Verbindung, die nicht die Substratverbindung ist, zu entfernen, welche durch das Enzym gleichfalls umgewandelt werden könnte oder das Enzym entaktivieren würde. Es wurde festgestellt, dass die Entfernung von grösseren Teilchen oder Molekülen aus der Lösung von der enzymatischen Umwandlung der Substratverbindung die von dem Enzym aufgezeigte Wirksamkeit vergrössert. 



   Gewünschtenfalls kann das Enzym auf ein lösliches Substrat aufgebracht werden, um die Molekülgrösse zu vergrössern und dadurch auch die Geschwindigkeit zu erhöhen, mit der die Reaktionslösung filtriert werden kann. Unter dem   Ausdruck "Molekülgrösse   des Enzyms" soll die Molekülgrösse des Enzyms selbst sowie diejenige von Enzym plus lösliches Substrat, an welches es gebunden sein kann, verstanden werden. 



   Die Erfindung soll an Hand von Beispielen unter Bezugnahme auf eine schematische Darstellung der   erfindungsgemässen   Vorrichtung näher erläutert werden. 



   In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Regelung des Lactosegehaltes von abgerahmter Milch unter Verwendung von ss-Galactosidase gezeigt, in   de ; mit--10--ein   Aufnahmebehälter,   mit--11   und 12-Ultrafilter und mit--13--ein Enzym-Reaktionsgefäss bezeichnet ist. 
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   In der Praxis erwies es sich als zweckmässig das Ultrafilter unter Bedingungen einzusetzen, bei denen 90% der abgerahmten Milch in dem Filtrat enthalten bleiben und   10%   mit dem Konzentrat abgeschieden werden. 
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 und wandelt die in dem Milchfiltrat vorliegende Lactose zu Glucose und Galactose um. Es wurde festgestellt, dass eine 90% Umwandlung bei kurzer Verweilzeit in dem Reaktionsgefäss erhalten wird. 



   Die umgesetzte Milch wird von der   Leitung --24-- über   die   Pumpe --25-- und   dem dem   Wärmeaustauscher --26-- zu   dem zweiten Ultrafilter geführt. Der   Wärmeaustauscher --26-- dient   dazu die Temperatur in dem Enzym-Reaktionsgefäss --13-- bei der Temperatur zu halten, die der maximalen Wirksamkeit des in dem Reaktionsgefäss vorliegenden Enzyms entspricht. 



   Das Ultrafilter--12--trennt die umgesetzte Milch in ein Filtrat, das die Bestandteile der umgesetzten Milch enthält und ein das Enzym enthaltendes Konzentrat. Das Filtrat wird über die   Leitung --27-- zu   dem   Mischer --19-- geführt,   wo es mit dem im ersten   ultrafilter --11-- hergestellten   Milchkonzentrat vereinigt wird. Das Enzymkonzentrat wird von dem zweiten   Ultrafilter --12-- über   die   Leitung --28-- zu   dem Enzym-Reaktionsgefäss --13-- gebracht. Eine   Umwälzungsleitung --29-- und   eine   Pumpe--30--sind   auch vorgesehen. 



   Die Milch mit geregeltem Lactosegehalt enthielt 19% ihres ursprünglichen Lactosegehaltes. Der restliche Lactosegehalt kann bei dem Verfahren geregelt werden, indem das Ausmass der durch das erste Filter erreichten Trennung variert oder indem das Ausmass der Hydrolyse des Filtrats in dem Enzym-Reaktionsgefäss geregelt wird. 



   Gewünschtenfalls kann die   Umwälzungsleitung--21--einen   Sammelbehälter einschliessen, um diskontinuierlich mit grossen Ansätzen arbeiten zu können. Dies hat, verglichen mit einem kontinuierlichen Verfahren den Vorteil, dass das Filter bei niederem Proteingehalt wirksamer arbeiten wird. Wenn dem Filter kontinuierlich Milch aus dem   Gefäss --10-- zugeführt   wird, wird es nach einer kurzen Aufbauzeit immer bei dem maximalen Proteingehalt arbeiten. Wenn das Filter satzweise benutzt wird, wird es nach einer längeren und wirksameren Aufbauperiode nur eine kurze Zeit bei dem maximalen Proteingehalt eingesetzt sein.

   Nach einer andern Ausführungsweise kann das Filtrat aus der   Leitung--27--oder   das Wasser in das Gefäss--10-gebracht und die ganze Vorrichtung satzweise in Betrieb genommen werden, um im Endprodukt einen geringen Lactosegehalt zu erhalten. 



   Die Vorrichtung kann zur Durchführung des ersten und/oder zweiten Filtriervorganges eine Mehrzahl von in Serie angeordneten Mikrofiltern enthalten. 



   Milch mit einem verringerten Lactosegehalt kann von Personen eingenommen werden, die nicht imstande sind Lactose abzubauen ; dies ist bei vielen in Asien und insbesonders im mittleren Osten lebenden Menschen der 
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B.erfindungsgemäss behandelten Milch dieses Problem verringert und hiedurch auch der Anteil an Sucrose herabgesetzt wird, die dem Produkt auf Grund des grösseren Süssungswertes von Glucose und Galactose, verglichen mit demjenigen von Lactose, zugesetzt werden muss. Gebackene Produkte, z. B. Kuchen weisen bessere Bräunung auf, wenn sie mit Milch, deren Lactosegehalt erfindungsgemäss eingestellt ist, hergestellt werden. 



   Die oben beschriebene Vorrichtung kann bei verschiedenen, erfindungsgemäss durchführbaren Verfahren vverwendet werden. Nachstehend sind einige Beispiele hiefür angegeben. 



     Beispiel l :   Regelung des Glucosegehaltes in Ovalbumin. 



   Ovalbumin enthält normalerweise ungefähr 0, 05% Glucose. Beim Trocknen von Ovalbumin auf einen niederen Feuchtigkeitsgehalt wird die Glucose mit Aminogruppen der die Hauptbestandteile des Albumins bildenden Proteine in Reaktion treten, wobei dunkel gefärbte Polymeren gebildet werden ; diese sind vom Nachteil für das Aussehen, die Löslichkeit und die funktionellen Eigenschaften des Albumins, wenn dieses für Kochzwecke angewendet wird. 



   Es ist üblich Glucose vor dem Trocknen von dem Albumin zu entfernen. Dies kann nach dem erfindungsgemässen Verfahren erreicht werden, indem als Enzym Glucoseoxydase verwendet wird und solche Filter eingesetzt werden, die Porengrössen von hinreichender Grösse aufweisen, um die Glucoseoxydase zurückzuhalten. In diesem Fall ist es erforderlich das Albumin, bevor es zu dem ersten Filter geleitet wird, mit Wasser zu verdünnen, da die Viskosität von Albumin gross ist und hiedurch der Durchfluss durch das System beeinträchtigt wird. Wenn gewünscht, kann das Filtrat aus dem zweiten Filter umgewälzt und dem Ovalbumin zur Viskositätsherabsetzung an Stelle von Wasser zugesetzt werden.

   Dieses Umwälzen hat den Vorteil, dass die Menge des durch das System geleiteten Materials herabgesetzt wird und der Gehalt an Bestandteilen, abgesehen von Glucose, konstant bleibt. 

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     Beispiel 2 :   Entfernung von Glucose aus dem Blutplasma vor dem Trocknen. 



   Blutplasma wird dem ersten Filter zugeführt. Von dem so erhaltenen   Serumftltrat   wird die in diesem erhaltenen Glucose durch das Glucoseoxydse-Enzym in Gluconsäure übergeführt. 



   Die Gründe der Entfernung von Glucose aus Blutplasma sind den in Beispiel 1 angeführten ähnlich : bei Verwendung von getrockneten Blutplasma als Futtermittel oder als mikrobiologisches Medium wird diese einer   "Bräunungsreaktion" unterworfen,   wenn Glucose und Aminogruppen die Möglichkeit haben unter Bildung gefärbter Polymerer zu reagieren. 



     Beispiel 3 :   Entfernung des bitteren Geschmackes aus Orangensaft. 



   Orangensaft, der bitter ist, enthält Limonin, welches durch das Enzym Limoninase abgebaut werden kann, wodurch der bittere Geschmack entfernt wird. Orangensaft wird dem ersten Filter zugeführt. Das Enzym Limoninase wird zwischen den beiden Filtriervorgängen auf das Limonim einwirkengelassen. Es ist nicht klar, wie der Abbau von Limonin vor sich geht ; es wurde jedoch gefunden, dass die Abbauprodukte kleiner als das Limonin und nicht bitter sind. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Verfahren zur Regulierung der Konzentration einer, in einer Lösung oder Suspension vorliegenden Verbindung, insbesonders zur Entfernung abbaubarer unerwünschter Bestandteile der Milch, unter Verwendung eines die enzymatische Umwandlung der Verbindung herbeiführenden Enzyms oder Enzym-Trägersystems, 
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 alle grossen in der Lösung oder Suspension vorhandenen Teile durch ein Filter mit einer Porengrösse, die so gross gewählt wird, dass das Enzym gerade noch zurückgehalten werden könnte, vor Zusatz des Enzyms unter Bildung eines ersten Filtrates abgetrennt werden, d. h.

   durch ein Filter, dessen Porengrösse den Durchtritt der Verbindung, nicht jedoch den Durchtritt des löslichen Enzyms gestatten würde, dass hierauf das Enzym mit diesem ersten Filtrat während einer zur Herbeiführung der enzymatischen Umwandlung erforderlichen Zeit in Kontakt gehalten wird, das Enzym sodann unter Bildung eines zweiten Filtrats durch Filtrieren abgetrennt, und dieses zweite Filtrat mit dem nach der ersten Filtration zurückgehaltenen Rückstand vereinigt wird. 
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Claims (1)

1. zweiten Filters satzweise in das erste Filter rückgebracht wird.

   6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein erstes Filter (11), dessen Porengrösse den Durchtritt der Verbindung, nicht jedoch den Durchtritt des Enzyms gestatten würde, ein Reaktionsgefäss (13) für die enzymatische Umwandlung EMI3.3