CZ297950B6 - Zpusob výroby obilných extraktu enzymatickou hydrolýzou - Google Patents

Abstract

Zpusob výroby obilného extraktu podle vynálezu spocívá v tom, ze se na obilný srot ve vodné suspenzi v hmotnostním pomeru 1:4 az 1:9 za stálého míchání v bioreaktoru pusobí smesnými prumyslovými enzymovými preparáty, pricemz se na 100 kg obilného srotu dávkuje 20 az 60 ml alfa amylázy (EC 3.2.1.1),20 az 60 ml beta-amylázy (EC 3.2.1.2), 30 az 90 ml beta-glukanázy (EC 3.2.1.6 a EC 3.2.1.4) a 20 az100 ml proteázy (EC 3.4.24.4) pri teplote zvysující se od pokojové teploty do proteolytické teploty45 az 55 .degree.C rychlostí 1 .degree.C/min. Pritéto teplote se suspenze udrzuje po dobu 100 az 200 min, poté se teplota zvolna zvýsí na vyssí cukrotvornou teplotu 70 az 80 .degree.C, pri níz se suspenze ponechá za stálého promíchávání 25 az 40 min, a dále se suspenze ochladí na nizsí cukrotvornou teplotu 55 az 65 .degree.C. Pri dosazení této teploty se k suspenzi pridá dalsí smesný enzymový preparát s aktivitou glukoamylázy (EC 3.2.1.3), xylanázy (EC 3.2.1.32 a EC 3.2.1.8), xylosidázy (EC 3.2.1.37), mannanázy (EC 3.2.1.78) v mnozství 10 az 40 ml na 100 kg obilného srotu a nizsí cukrotvornáteplota cca 60 .degree.C se udrzuje az do dokonalého zcukrení suspenze (zcukrení se detekuje jodovou zkouskou), poté se suspenze ochladí na 20 az 25 .degree.C, extrakt se oddelí a zkoncentruje.

Description

(57) Anotace:

Způsob výroby obilného extraktu podle vynálezu spočívá v tom, že se na obilný šrot ve vodné suspenzi v hmotnostním poměru 1:4 až 1:9 za stálého míchání v bioreaktoru působí směsnými průmyslovými enzymovými preparáty, přičemž se na 100 kg obilného šrotu dávkuje 20 až 60 ml alfa amylázy (EC 3.2.1.1), 20 až 60 ml beta-amylázy (EC 3.2.1.2), 30 až 90 ml beta-glukanázy (EC 3.2.1.6 a EC 3.2.1.4) a 20 až 100 ml proteázy (EC 3.4.24.4) při teplotě zvyšující se od pokojové teploty do proteolytické teploty 45 až 55 °C rychlostí 1 °C/min. Při této teplotě se suspenze udržuje po dobu 100 až 200 min, poté se teplota zvolna zvýší na vyšší cukrotvomou teplotu 70 až 80 °C, při níž se suspenze ponechá za stálého promíchávání 25 až 40 min, a dále se suspenze ochladí na nižší cukrotvomou teplotu 55 až 65 °C. Při dosažení této teploty se k suspenzi přidá další směsný enzymový preparát s aktivitou glukoamylázy (EC 3.2.1.3), xylanázy (EC 3.2.1.32 a EC 3.2.1.8), xylosidázy (EC

3.2.1.37), mannanázy (EC 3.2.1.78) v množství 10 až 40 ml na 100 kg obilného šrotu a nižší cukrotvomá teplota cca 60 °C se udržuje až do dokonalého zcukření suspenze (zcukření se detekuje jodovou zkouškou), poté se suspenze ochladí na 20 až 25 °C, extrakt se oddělí a zkoncentruje.

Způsob výroby obilných extraktů enzymatickou hydrolýzou

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby obilných extraktů enzymatickou hydrolýzou určených zejména pro přípravu piva.

Dosavadní stav

V současné době se vyrábí sladový výtěžek, tj. extrakt ze sladu, převážně ječmenného. Sladový výtěžek nachází uplatnění v potravinářství, zejména v pekařství, a také ve výrobě nealko—nápojů, dále ve farmacii a v doplňkové výživě, užívání sladových výtažků v pivovarství se realizuje v menší míře v zahraničí. Mimo potravinářský obor nachází sladové výtěžky uplatnění v textilním průmyslu pro svoji vysokou enzymatickou aktivitu.

Dále se běžně vyrábějí tzv. cukerné (resp. glukózové) sirupy, převážně hydrolýzou kukuřice, nebo bramborového škrobu. Tyto se užívají v pivovarství, ale jejich značnou nevýhodou je nedostatek maltózy, jako technologicky nej důležitějšího pivovarského cukru. Tento fakt způsobuje technologické obtíže a negativně ovlivňuje senzorické vlastnosti piva. Dalším nedostatkem je absence alfa-aminodusíku, nezbytného pro metabolismus kvasinek.

Dále se pro výrobu piva vyrábějí mladinové koncentráty, kde je vždy k výrobě výchozí mladina použít ječmenný slad, popř. pšeničný slad, dále je dodán upravený chmel a po varním procesuje filtrát zahuštěn na vyšší koncentraci sušiny. Tento produkt je kvalitní, avšak patří k cenově náročnějším.

Není známo, že by se běžně vyráběly obilné extrakty vhodné pro výrobu piva enzymatickou hydrolýzou obilovin.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky odstraňuje způsob výroby obilného extraktu, který vedle vynálezu spočívá v tom, že se na obilný šrot ve vodné suspenzi v hmotnostním poměru 1:4 až 1:9 za stálého míchání v bioreaktoru působí směsnými průmyslovými enzymovými preparáty, přičemž se na 100 kg obilného šrotu dávkuje 20 až 60 ml alfa amylázy (EC 3.2.1.1), 20 až 60 ml beta-amylázy (EC 3.2.1.2), 30 až 90 ml beta-glukanázy (EC 3.2.1.6 a EC 3.2.1.4) a 20 až 100 ml proteázy (EC 3.4.24.4) při teplotě zvyšující se od pokojové teploty to proteolytické teploty 45 až 55 °C rychlostí 1 °C/min. Při této teplotě se suspenze udržuje po dobu 100 až 200 min, poté se teplota zvolna zvýší na vyšší cukrotvomou teplotu 70 až 80 °C, při níž se suspenze ponechá za stálého promíchávání 25 až 40 min, a dále se suspenze ochladí na nižší cukrotvomou teplotu 55 až 65 °C. Při dosažení této teploty se k suspenzi přidá další směsný enzymový preparát s aktivitou glukoamylázy (EC. 3.2.1.3), xylanáz (EC 3.2.1.32 a EC 3.2.1.), xylosidázy (EC 3.2.1.37), mannanázy (EC 3.2.1.78) v množství 10 až 40 ml na 100 kg obilného šrotu a nižší cukrotvomá teplota cca 60 °C se udržuje až do dokonalého zcukření suspenze (zcukření se detekuje jodovou zkouškou), poté se suspenze ochladí na 20 až 25 °C, extrakt se oddělí a zkoncentruje.

Někdy je výhodné před ochlazením na nižší cukrotvomou teplotu suspenzi krátce 10 až 20 min po vařit.

Extrakt lze zkoncentrovat ve vakuové odparce na pastu nebo ve sprej ové sušárně na prášek.

-1 CZ 297950 B6

Celá operace probíhá za stálého míchání v bioreaktoru v teplotním intervalu od teploty vody vodovodního řadu až po teplotu 100 °C. Prodlevy (tj. časové intervaly kdy teplota zůstává konstantní) jsou zvoleny tak, aby odpovídaly optimálním teplotám aktivit právě působících enzymů (40, 50, 60, 75, 100 °C), aby došlo k řízenému štěpení makromolekulových komponent obilovin, zejména ke štěpení škrobu. Tomuto cíli je přizpůsoben teplotní režim při řízení enzymatické hydrolýzy. Z obilovin se používá zejména ječmen a pšenice.

Jsou využívány aktivní enzymy přítomné v obilném zrnu (vyjma alfa-amylázy, která například v ječmeni přítomna není), a dále, což je zásadní jsou aplikovány průmyslové enzymy (laboratorně zkoušené na čistotu a jakost) s níže uvedenými aktivitami a jejich reakčními produkty:

- alfa-amyláza (EC 3.2.1.1), beta-amyláza (EC 3.2.1.2) - reakčními produkty jejich působení jsou maltóza, malto-oligosacharidy, alfa-hraniční dextriny při pH 3,0 až 6,5, optimum pH 5,0, a teplotě 25 až 70 °C, optimum 45 až 50 °C,

- beta-glukanázy (EC 3.2.1.6 a EC 3.2.1.4) - reakčním produktem jejích působení je glukóza při pH 2,0 až 6,0, optimum pH 4,5 a teplotě 20 až 90 °C, optimum 70 až 75 °C,

- proteáza (EC 3.4.24.4) - reakčním produktem jejího působení jsou peptidy, aminokyseliny při pH 4,0 až 10,0, optimum pH 7,0, a teplotě 20 až 60 °C, optimum 50 °C.

- glukoamyláza (EC 3.2.1.3), cylanázy (EC 3.2.1 a EC 3.2.1.8), xylosidáza (EC 3.2.1.37), mannanáza (EC 3.2.1.78) - reakční produkty jejich působení jsou glukóza, hexózy, pentózy při pH 2,5 až 6,5, optimum pH 4,0, a teplotě 10 až 75 °C, optimum 50 až 65 °C.

Po provedení hydrolýzy se odděluje nezhydrolyzovaný balast (obilné mláto) od kapalného hydrolyzátu scezováním přes propustné dno scezovací kádě, nebo separací přes filtr nebo kalolis.

Skladbou použitých enzymů a jejich množstevními poměry se dosáhne sloužení extraktových komponent hydrolyzátu, které je optimální pro použití v pivovarství. Obsah maltózy o 50 až 200 % hm. převyšuje obsah glukózy, alfa-aminodusík vykazuje hodnoty 50 až 200 mg/1.

Zbylé kaly se separují rotačním odstředěním (5000 až 20 000 otáček za minutu), nebo filtrací.

Výsledný extrakt se zahustí na vakuové odparce při teplotě 20 až 90 °C a podtlaku 15 až 150 kPa, nebo na sprejové, nebo fluidní sušárně při teplotě 50 až 150 °C na sušinu 20 až 99 % hm.

Příklady provedení

Příklad 1

Ječmenný šrot (např. jarní sladovnický ječmen odrůda Jersey, nebo Tolar) se smísí s vodou v hmotnostních poměrech 1 díl šrotu ku 6 dílům vody. Analytické parametry obilky ječmene byly následující: vláha 11,5 % hmotn. v původním, obsah škrobu 67 % hmotn. v původním, bílkoviny 11,0 % hm. v sušině.

Pro mletí ječmene se používá válcový šrotovník. V rozemletém šrotu převládají podíly rozemletých částí zrna o velikostech částic větších než 1,270 mm, a dále frakce o velikosti částic v intervalu 0,547 až 1,000 mm.

Při teplotě cca 25 °C se k suspenzi ječmenného šrotu a vody přidají všechny enzymy, resp. směsné enzymové průmyslové preparáty, s následujícími aktivními: alfa-amyláza (EC 3.2.1.1) v množství 30 ml na 100 kg ječmene; beta-amyláza (EC 3.2.1.2) v množství 30 ml na 100 kg

-2CZ 297950 B6 ječmene; beta-glukanázy (EC 3.2.1.6 a EC 3.2.1.4) v množství 40 ml na 100 kg ječmene; proteáza (EC 3.4.24.4) v množství 25 ml na 100 kg ječmene.

Teplota suspenze ječmenného šrotu, vody a enzymů se z 25 °C zvyšuje:

I. rychlostí 1 °C/min na proteolytickou teplotu 50 °C,

II. proteolytická teplota se udržuje po dobu 120 min, pak pozvolna vzrůstá na vyšší cukrotvornou teplotu 75 °C,

III. při vyšší cukrotvorné teplotě je prodleva po dobu 30 min, pak pokles na nižší cukrotvornou teplotu 60 °C,

IV. při nižší cukrotvorné teplotě se přidá směsný enzymový preparát s aktivitou glukoamylázy (EC 3.2.1.3), xylanáz (EC 3.2.1.32 a EC 3.2.1.8), xylosidázy (EC 3.2.1.37) mannanázy (EC 3.2.1.78) v množství 20 ml na 100 kg ječmene, tato nižší cukrotvomá teplota se udržuje do dokonalého zcukření suspenze - díla (zcukření se detekuje jodovou zkouškou),

V. ochlazení díla na 20 °C, přečerpání na scezovací káď, odpočinek 15 minut, scezování,

VI. filtrát se odstředí na rotační odstředivce (10 000 otáček za minutu),

VII. zahuštění odstředěného hydrolyzátu se provede na vakuové odparce na koncentraci sušiny 75 % hm., pracovní teplota odparky je 45 °C, pracovní vakuum 100 kPa,

VIII. zahuštěný extrakt se asepticky plní do transportních hermeticky uzavřených nádob.

Příklad 2

Pšeničný šrot se smísí s vodou v hmotnostních poměrech 1 díl šrotu ku 7 dílům vody. Analytické parametry obilky pšenice byly následující : vláha 12,5 % hm. v původním zrnu, obsah škrobu 64 % hm. v původním zrnu, bílkoviny 13,0 % hm. v sušině.

Pro mletí pšenice se používá kladívkový šrotovník. V rozemletém šrotu převládají podíly rozemletých částí zrna o velikostech částic, které jsou v souladu s jemnějším rozdrcením endospermu, a zároveň vyšším podílem pluch.

Při teplotě cca 25 °C se k suspenzi pšeničného šrotu a vody přidají všechny enzymy, resp. směsné enzymové průmyslové preparáty, s následujícími aktivitami: alfa-amyláza (EC 3.2.1.1) v množství 30 ml na 10 kg pšenice; beta-amyláza (EC 3.2.1.2) v množství 30 ml na 100 kg pšenice; beta-glukanázy (EC 3.2.1.6 a EC 3.2.1.4) v množství 45 ml na 100 kg pšenice; proteáza (EC 3.4.24.4) v množství 45 ml na 100 kg pšenice.

Zvyšuje se teplota suspenze pšeničného šrotu, vody a enzymů z 25 °C s následujícím gradientem:

I. rychlostí 1 °C/min vzrůst na proteolytickou teplotu (50 °C),

II. proteolytická teplota se udržuje po dobu 160 min, pak pozvolný vzrůst na vyšší cukrotvornou teplotu (75 °C),

III. při vyšší cukrotvorné teplotě je prodleva po dobu 30 min, pak rychlý ohřev k varu, var 15 minut,

IV ochlazení na nižší cukrotvornou teplotu (60 °C),

-3CZ 297950 B6

V. při nižší cukrotvorné teplotě se přidá směsný enzymový preparát s aktivitou glukoamylázy (EC 3.2.1.3), xylanáz (EC 3.2.1.32 a EC 3.2.1.8), xylosidázy (EC 3.2.1.37) mannanázy (EC 3.2.1.78) v množství 20 a 100 kg pšenice, tato teplota se udržuje do dokonalého zcukření díla (zcukření se detekuje jodovou zkouškou),

VI. provede se filtrace díla přes plachetkový filtr,

VII. filtrát se odstředí na rotační odstředivce (10 000 otáček za minutu),

VIII. odstředěný hydrolyzát se zahustí ve sprejové sušárně na koncentraci sušiny 95 % hm., při teplotě sušárny 150 °C,

IX. asepticky se plní do pytlů s polyethylenovou vložkou a hermeticky se uzavře.

Průmyslová využitelnost

Extrakt vyrobený enzymatickou hydrolýzou ječmene je určen především pro výrobu piva, jako náhražka sladu, nebo jako základní surovina pro výrobu speciálního nápoje na bázi piva tzv. haposhu (vyrábí se běžně v Japonsku).

Dále jsou obilné extrakty určeny například pro výrobu některých dalších speciálních druhů piv, pro využití při výrobě nealko-nápojů a jako potravinové doplňky.

Ječmenný extrakt má uplatnění v potravinářství tam, kde se uplatňuje dosud běžný sladový výtěžek.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob výroby obilných extraktů enzymatickou hydrolýzou, vyznačující se tím, že se na obilný šrot ve vodné suspenzi v hmotnostním poměru 1:4 až 1:9 za stálého míchání působí směsnými průmyslovými enzymovými preparáty, přičemž se na 100 kg obilného šrotu dávkuje 20 až 60 ml alfa-amylázy (EC 3.2.1.1), 20 až 60 ml beta-amylázy (EC 3.2.1.2), 30 až 90 ml beta-glukanázy (EC 3.2.1.6 a EC 3.2.1.4) a 20 až 100 ml proteázy (EC 3.4.24.4) při teplotě zvyšující se od pokojové teploty do proteolytické teploty 45 až 55 °C rychlostí 1 °C/min při níž se suspenze udržuje po dobu 100 až 200 min, poté se teplota zvolna zvýší na vyšší cukrotvomou teplotu cca 70 až 80 °C, při níž se suspenze ponechá za stálého promíchávání 25 až 40 min, a suspenze se ochladí na nižší cukrotvomou teplotu 55 až 65 °C, při jejímž dosažení se k suspenzi přidá další směsný enzymový preparát s aktivitou glukoamylázy (EC 3.2.1.3), xylanáz (EC 3.2.1.32 a EC 3.2.1.8), xylosidázy (EC 3.2.1.37), mannanázy (EC 3.2.1.78) v množství 10 až 40 ml na 100 kg obilného šrotu a nižší cukrotvomá teplota se udržuje až do dokonalého zcukření suspenze, poté se suspenze ochladí na 20 až 25 °C, extrakt se oddělí a zkoncentruje.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se před ochlazením na nižší cukrotvomou teplotu suspenze 10 až 20 min povaří.
3. 3. Způsob podle nároků la2, vyznačující se tím, že se získaný extrakt zkoncentruje ve vakuové odparce.
4. 4. Způsob podle nároků la2, vyznačující se tím, že se získaný extrakt zkoncentruje ve sprejové sušárně.