Verfahren zur Extraktherstellung aus stärkehaltigem Material
Die vorliegende Erfindung betrifft ein enzymatisches Abbauverfahren zur Herstellung eines Extraktes aus stärkehaltigem Material. Insbesondere kann das Verfahren zur Herstellung von Würze zur Bierbereitung aus stärkehaltigem Material angewendet werden.
Beispielsweise wird das in der Brauindustrie verwendete Malz aus Getreidekörnern gewonnen, und bei den zur Zeit üblichen Mälzprozessen lässt man die Körner keimen, damit sich ein Enzym bildet, welches in den Körnern Malzzucker aus Stärke bildet.
Die in der Brauindustrie üblicherweise verwendete Getreidesorte ist Gerste. Für Brauzwecke ist es wichtig, ein Getreide zu haben, dessen Keimfähigkeit so dicht wie möglich bei 100% liegt. Deshalb ist eine sorgfältige Auswahl des Getreides erforderlich, und als Folge davon ist die beste Qualität der für Brauzwecke verwendeten Getreidearten besonders teuer.
Während der Keimung werden in dem Getreide Stickstoffverbindungen erzeugt, und daraus folgt wiederum, dass das Getreide sorgfältig ausgewählt werden muss. Ausserdem ist eine sorgfältige Kontrolle des Keimungsprozesses erforderlich, um sicherzustellen, dass das Produkt des Verfahrens die vom Brauer gewünschten Stickstoffmerkmale hat. Die Kontrolle der Keimung ist schwierig durchzuführen, und in einem gewissen Grad ist das Verfahren unkontrollierbar, da die Bildung des Enzymkomplexes und seine Reaktion mit dem Protein der Stärke natürliche Vorgänge sind, die, sobald sie einmal eingesetzt haben, nicht vollständig kontrolliert werden können, selbst wenn die Temperatur und die für die Keimung gewählten Feuchtigkeitsbedingungen strikt eingehalten werden.
Das Darren des Getreides stoppt den Keimungsprozess.
Falls ein Brauer ein dunkles Bier mit einer besonderen Geschmacksnote herstellen will, dann benötigt er ein völlig anderes Malz als ein Brauer, der ein helles Bier einer anderen Geschmacksrichtung herstellen will. Die Erzielung der Farbe und des Geschmackes ist weitgehend eine Frage der Art, in welcher das Getreide gemälzt wird, und für ein dunkles Bier ist gmndsätzlich eine höhere Darrtemperatur erforderlich. Das hat einen ungünstigen Einfluss auf das Enzymsystem des Malzes während des Brauprozesses. Niedrige Darrtemperatur zur Herstellung heller Biere hat einen ähnlichen Effekt, und daher müssen die Brauer üblicherweise Malze mit verschiedenen Eigenschaften vor dem Brauprozess mischen.
Das Malz muss gemahlen und mit Wasser eingemaischt werden, um das Enzymsystem wirksam werden zu lassen; und da sowohl die Amylolyse als auch die Proteolyse während des Maischens stattfindet, muss eine sorgfältige Zeit- und Temperaturkontrolle durchgeführt werden. Aber auch bei sorgfältiger Kontrolle sieht sich der Brauer denselben Schwierigkeiten gegenüber wie der Mälzer, weil der Maischprozess zum Teil ein Naturprozess ist, der nicht vollständig kontrolliert werden kann, so dass das Endprodukt nicht immer gleich ist. Das Kontrollsystem ist natürlich teuer, und der Zeitfaktor ist beträchtlich. Aber wenn keine Kontrolle durchgeführt wird, dann kann das Endprodukt unter Umständen unverkäuflich sein.
Die nach den oben beschriebenen Verfahren hergestellten Würzen müssen einem Extraktionsverfahren unterworfen werden, um einige der unlöslichen Stoffe daraus zu entfernen.
Aus der oben gegebenen Beschreibung geht hervor, dass das gegenwärtig verwendete Verfahren zur Herstellung von Würze für die Brauindustrie schwierig durch führen und daher teuer ist, hauptsächlich wegen der Schwierigkeit, eine genaue Kontrolle der beteiligten mi kro bio logischen Prozesse durchzuführen.
Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zur Herstellung von Getreideextrakten, das leichter zu be- herrschen ist, als das bisher verwendete Mälzverfahren und das ein Produkt liefert, das zur Gewinnung von Würze für die Brauindustrie gereinigt werden kann, oder das als Grundlage oder als Ausgangsmaterial für andere Produkte verwendet werden kann.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung eines Extraktes aus stärkehaltigem Material ist dadurch gekennzeichnet, dass man ein gemahlenes, stärkehaltiges Ausgangsmaterial mit Wasser maischt, dass man die Maische auf ein solches pH einstellt, dass unter Freisetzung der im Ausgangsmaterial vorhandenen natürlichen Enzy me Peptisation eintritt, dass man den pH-Wert der Maische auf 5,0 bis 6,0 kommen lässt oder einstellt,
und dass man eine Hydrolyse mindestens eines Teils des im stärkehaltigen Material vorhandenen Proteins durch Zugabe eines wärmebeständigen proteolytischen Enzyms und durch Temperatureinstellung sowie eine partielle Amylolyse mindestens eines Teils des stärkehaltigen Materials und dessen vollständige Amylolyse durch Zugabe eines wärmebeständigen amylolytischen Enzyms und durch Temperntureinsteflungen vornimmt, wobei die genannte Hydrolyse, partielle Amylolyse und vollständige Amylolyse in beliebiger Reihenfolge, die vollständige Amylolyse jedoch stets nach der partiellen Amylolyse, ausgeführt werden.
Vorzugsweise wird das proteolytische Enzym zugegeben und die Temperatur der Maische zur Förderung der Wirksamkeit dieses Enzyms eingestellt, bevor das amylo lytiscne Enzym zugegeben wird, und bevor die Temperaturbereiche, die zur Förderung der Wirksamkeit dieses Enzym systems erforderlich sind, eingestellt werden.
Temperaturbereiche, die für das Wirksamwerden der verschied2nen Enzyme vorteilhaft sind, sind die folgenden: Proieolytische Enzyme von 380 bis 530 C; amylolytische Enzyme: für teilweise Amylolyse von 600 bis 660 C und zur Vervollständigung der Amylolyse von 680 bis 72 C
Daraus ist ersichtlich, dass die proteolytischen Enzyme bei niedrigeren Temperaturen wirksam sind als die amylolytischen Enzyme, und dass für die Vervollständigung der Amylolyse die amylolytischen Enzyme eine höhere Temperatur benötigen als für die partielle Amylolyse.
Die Mengen der verschiedenen zugesetzten Enzyme liegen vorzugsweise in den folgenden Bereichen: Proteo lytisches Enzym 0,006 bis 0,048%, bezogen auf das Gewicht des Getreides; amylolytisches Enzym 0,037 bis 0,148?k des Gewichtes des Getreides.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht in einem Verfahren zur Herstellung von Würze für Brauzwecke, wobei das Produkt des oben definierten Verfahrens zusätzlich gereinigt wird, und wobei die so hergestellte Würze zu Bier vergoren werden kann.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens als Beispiele angegeben.
Zuerst wird eine allgemeine Beschreibung des erfindungsgemässen Verfahrens, gefolgt von zwei speziellen Beispielen gegeben. Gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren wird ein Getreide, vorzugsweise Gerste, zu einem groben oder feinen Mehl gemahlen und mit Wasser, dessen pH-Wert im Bereich von 2,0 bis 3,5 liegt, um die natürlichen Enzyme des Getreides in Freiheit zu setzen, eingemaischt. Der sich ergebende pH-Wert der Maische soll zwischen 5,0 und 6,0, vorzugsweise zwischen 5,4 und 5,7 liegen. Auf 100 Gewichtsteile Wasser werden zwischen 15 und 27 Gewichtsteile Getreide verwendet.
Der pH-Wert des Wassers wird durch Zugabe von Salzsäure auf den gewünschten Wert eingestellt. Die Maische wird auf eine Temperatur zwischen 380 und 53 C erhitzt, und bei dieser Temperatur 1/2 Stunde bis 1,4 Stunden gerührt, um die Peptisation des Getreide weisses zu bewirken. Ein proteolytisches Enzym, wie beispielsweise Ficin, Bromelin, Pakreatin, Pepsin oder Papain wird dann zugegeben, und die Maische wird in dcmselben Temperaturbereich eine weitere Zeit zwischen 1/2 Stunde und 11/2 Stunden gehalten, um die Proteolyse zu bewirken. Der pH-Wert der Maische bleibt während dieser Zeit innerhalb des Bereiches von 5,0 bis 6,0, es wurde jedoch festgestellt, dass er in gewissem Ausmass absinkt.
Während der Proteolyse werden die Proteine bis zu Polypeptiden, Peptonen und in gewissem Grad bis zu Aminosäuren und anderen Produkten abgebaut.
Dann wird ein amylolytisches Enzym, wie beispielsweise flüssiger Malzextrakt, Pilzamylase od. Bakterienamylase, zugegeben, u. die Temperatur wird auf 600 und 66 C gesteigert und 1,4 Stunde bis 2 Stunden innerhalb dieser Grenzen gehalten. Das bewirkt Verflüssigung und teilweise Verzuckerung der Getreidestärke. Dann wird die Temperatur wiederum gesteigert, dieses Mal auf einen Wert zwischen 680 und 720 C, und annähernd eine 1% Stunde bis 1 1· Stunden innerhalb dieser Grenzen gehalten, um die Verzuckerung zu vervollständigen.
Unlösliche Stoffe, wie beispielsweise die Getreidefasern, werden jetzt aus der Mischung entfernt, und die gereinigte Flüssigkeit wird auf eine Temperatur zwischen 820 und 1210 C erhitzt, und zwar eine Zeit, die annähernd zwischen 2 Stunden und 5 Minuten liegt. Die Flüssigkeit wird dann auf 660 bis 820 C abgekühlt.
Dieses Erhitzen zerstört die Enzyme und bewirkt zusammen mit der anschliessenden Kühlung Koagulation und Ausscheidung eines Teils der zurückbleibenden Eiweissstoffe, sowie eine zusätzliche Steigerung der Farbe und des Geschmacks, teilweise als Folge der Karamelisierung der vorhandenen Zucker. Die ausgeschiedenen Stoffe werden jetzt von der Flüssigkeit abgetrennt beispielsweise in einer Zentrifuge.
Der so gebildete Extrakt aus Getreide kann so wie er ist verwendet werden, oder er kann für die Lagerung oder den Transport konzentriert werden. Nach der Abtrennung der ausgeschiedenen Eiweissstoffe kann er als Würze zur Bierherstellung dienen.
Das vorstehend beschriebene Verfahren ist billiger als die bisher verwendeten Mälz- und Maischverfahren, und die Anforderungen an das Ausgangsmaterial sind weniger streng als in Mälzverfahren. Daher können billigere Ausgangsstoffe verwendet werden.
Die Proteolyse kann durch Änderung des pH-Wertes der Mischung, der Menge des zugegebenen proteolytischen Enzyms, der Zeit der Proteolyse, der Temperatur der Mischung oder einiger oder aller dieser Faktoren beliebig gelenkt werden. Auf diese Weise können die Stickstoff-Eigenschaften des Endproduktes weitgehend bestimmt werden. Das Verfahren kann so gelenkt werden, dass die gewünschte Menge an niedermolekularen Stickstoffverbindungen gewonnen wird, und dass der verbleibende Überschuss an hochmolekularen Stickstoffverbindungen durch Koagulation bei hohen Temperaturen und durch nachfolgende Abkühlung, wie oben beschrieben, entfernt wird. Zwei Beispiele dienen zur näheren Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens.
Beispiel I 45,4kg fein gemahlene Gerste wurden zu 109 Liter Wasser gegeben. 68 ml 32%ige Salzsäure wurden zugegeben, um den pH-Wert des Wassers anfänglich auf 2,7 zu bringen und den pH-Wert der Mischung anschliessend auf 5,6. Die Mischung wurde dann auf 500 C erhitzt und 1 Stunde lang bei dieser Temperatur gehalten. Diese Behandlung bewirkt Peptisation des Getreideproteins.
Das proteolytische Enzym Ficin wurde dann der Mischung zugegeben, und zwar in einer Menge von 0,024% des Gesamtgewichtes des Getreides. Die Temperatur der Mischung wurde eine weitere Stunde lang bei 500 C gehalten.
Anschliessend wurde amylolytisches Bakterienenzym in einer Menge von 0,074% des Gesamtgewichtes des Getreides zugegeben, die Temperatur der Mischung wurde auf 630 C erhöht und 1t/2 Stunden lang auf diesem Wert gehalten. Die Temperatur der Mischung wurde dann auf 700 C gesteigert und 1 Stunde lang bei diesem Wert gehalten, woraufhin die Faserstoffe der Mischung von der restlichen Lösung abgetrennt wurden. Die zurückbleibende Flüssigkeit wurde dann auf 1000 C erhitzt und ungefähr 15 Minuten lang bei dieser Temperatur gehalten, um alle Enzyme zu zerstören. Die Flüssigkeit wurde anschliessend auf 660 C abgekühlt, filtriert und konzentriert.
Die Menge des Formolstickstoffes in dem entstandenen Malzextrakt betrug 383 mg/100 ml bei 100% Gesamtfeststoffen und die Menge des Gesamtstickstoffes betrug 1320 mgl 100 ml bei 100% Gesamtfeststoffen.
Demzufolge beträgt das Verhältnis von Formolstickstoff zu Gesamtstickstoff (%) 29,0%.
Beispiel 2 45,4 kg grob gemahlene Gerste wurden zu 109 Liter Wasser gegeben und 44,5 ml 32%ige Salzsäure wurden zugegeben, um den anfänglichen pH-Wert des Wassers auf 2,7 und anschliessend den pH-Wert der Mischung auf annähernd 5,7 zu bringen, wobei ein Pufferungseffekt durch einige Bestandteile des Getreides verursacht wird.
Die Mischung wird dann 1 Stunde lang auf 500 C gehalten.
Das proteolytische Enzym Bromelin wird dann in einer Menge von 0,012Gew.-% der Gesamtmenge des Getreides zugegeben und die Temperatur 1 Stunde lang bei 500 C gehalten.
Dann wurden 0,074 Gew.-% des amylolytischen Bakterienenzyms zugegeben und die Temperatur wurde auf 630 C gesteigert und l1/2 Stunden lang bei diesem Wert gehalten. Die Temperatur wurde dann nochmals gesteigert und 1 Stunde lang bei 700 C gehalten. Die Faserstoffe wurden dann aus der Mischung abgetrennt.
Die entstandene Flüssigkeit wurde ca. 15 Minuten lang auf die Temperatur von 1000 C erhitzt und dann auf die Temperatur von 660 C abgekühlt, filtriert und konzentriert.
Die Menge des Formolstickstoffes in dem Produkt betrug 183 mg/ 100 ml bei 100% Gesamtfeststoffen und die Menge des Gesamtstickstoffes betrug 854 mg/ 100 ml bei 100% Gesamtfeststoffen. Das Verhältnis des Formolstickstoffes zum Gesamtstickstoff war 21,4%. Während der beiden oben beschriebenen Verfahren wird die Maische ständig gerührt.