DD216617A1 - Verfahren zur enzymatischen verfluessigung von gemuese und speisekartoffeln - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur enzymatischen Verfluessigung von Gemuese und Speisekartoffeln zu Mazeraten,Hydrolysaten oder Saeften.Ziel der Erfindung ist,den enzymattischen Aufschluss von Gemuese und Speisekartoffeln mit einem bakteriellen pektinolytischen Enzykomplex durchzufuehren.Es besteht die Aufgabe, die jeweils erforderlichen Bedingungen fuer den enzymatischen Aufschluss zu ermitteln, um wahlweise Mazerate, Hydrolysate oder Saefte in hoher Ausbeute und Qualitaet zu erhalten. Das Wesentliche der Erfindung besteht darin, Pektatlyase aus Erwinia carotovora allein oder in Kombination mit mikrobiellen Cellulase-/Hemicellulasepraeparaten, gegebenenfalls nach vorausgegangener thermischer Inaktivierung der saeurebildenen pflanzlichen Enzyme, einzusetzen. Im pH-Bereich von 6,0 und groesser tritt vollstaendige Verfluessigung ein, und man erhaelt ein passierfaehiges Mazerat bzw. Hydrolysat. Unterhalb von pH 6,0 und bei Temperaturen zwischen 40 und 70 Grad C fuehrt der erfindungsgemaesse Aufschluss und die Anwendung einer herkoemmlichen Presstechnologie zu einer gesteigerten Saftausbeute.

Description

Erfinder: Dr. Willy Bock _ ~ Dr, Manfred Krause . Dr · habil. Hans Henniger Matthias Anderson Imre MoInar

Verfahren zur enzymatischen Verflüssigung von Gemüse

und Speisekartoffein *

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur enzymatischen Verflüssigung von Gemüse und Speisekartoffeln zu Mazeraten, Hydrolysaten oder Säften· Diese Produkte sind in flüssiger oder getrockneter Form sowohl allein als auch im Gemisch mit anderen aus Gemüse und Obst hergestellten Erzeugnissen, beispielsweise als trinkfertige Kinderzusatznahrung, für den menschlichen Verzehr bestimmt·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur vollständigen Verflüssigung von Gemüse zu Mazeraten (Zellsuspensionen) werden bevorzugt Endo-Polygalakturo- , nasen mikrobieller oder pflanzlicher Herkunft mit einem optimalen Wirkungsbereich im sauren Milieu bei pH 4,0 bis 5,0 eingesetzt· Da eine große Zahl von Gemüsearten und Speisekartoffeln einen natürlichen pH-Wert größer als 5»0 aufweisen, müssen dem zu mazerierenden Rohstoff Genuß-

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säuren oder saure Obst- bzw. Gemüsesäfte, ζ. B. Apfelsaft oder Tomatensaft, zur Verbesserung der Reaktionsbedingungen zugesetzt werden·

Bekannt ist auch ein kombinierter Einsatz von Endo-Polygalakturonasen aus Aspergillus spec· und Cellulasen/Hemicellulasen mikrobieller Herkunft, ebenfalls im pH-Bereich zwischen 4,0 und 5,0. Man erhält hierbei Gemüsesäfte bzw. Gemüsehydrolysate, die infolge dee enzymatischen Angriffs auf die cellulosehaltigen wasserbindenden Zellwandstrukturen eine deutlich erniedrigte Viskosität gegenüber den Mazeraten aufweisen.

Ein bedeutender Einsatz von Endo-Polygalakturonaeen aus Aspergillus spec, zur enzymatischen Verflüssigung von Gemüse erfolgt bei der industriellen Herstellung von Möhrensaft aus thermisch vorbehandelter Maische mit dem Ziel einer Ausbeutesteigerung und Qualitätsverbesserung im Vergleich zur nichtenzymatischen Verfahrensweise· Bei der enzymatischen Möhrensaftgewinnung ist nur ein partieller Aufschluß des Mb'hrenzellwandmaterials erwünscht, um die notwendigen mechanischen Eigenschaften der Maische bei der sich anschließenden Fest-flüssig-Trennung zu erhalten. Entsprechend können die Bedingungen für die Enzymbehandlung in einem weiten Temperatur- und pH-Bereich der Maische, auch außerhalb der für pilzliche Endo-Polygalakturonasen an sich bekannten Wirkungsoptima, variiert werden.

Die ebenfalls zur Gruppe der mazerierend wirkenden pektinolytischen Enzyme gehörenden bakteriellen Fektatlyasen mit Wirkungsoptima bei etwa pH 8,0 werden im industriellen Maßstab bisher weder hergestellt noch angewendet. Untersuchte und vorgeschlagene Einsatzgebiete betreffen die vorteilhafte Vorbehandlung von Leguminosensamen mit

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dem Ziel einer Gewebeerweichung sowie Verkürzung der Kochzeit im Neutralbereich.

Der mögliche Aufschluß von Gemüse zur Herstellung von Säften wird bisher nur für Pektatlyase aus Bacillus polymyxa angegeben· Dabei wird ausgewiesen, daß man bei Temperaturen unterhalb von 60 ⁰O arbeitet und unter Anwendung relativ hoher Enzymdosierungen sowie langer Reaktionszeiten eine Steigerung der Saftauebeute auf maximal 80 % erreichen kann. Eine vollständige Verflüssigung zu Mazeraten und Ausnutzung des gesamten Rohstoffes ist demzufolge nicht gegeben, weil offensichtlich die durch Pektatlyase induzierte Absenkung des pH-Wertes im Reaktionsgemisch durch die verstärkte Wirkung säurebildender pflanzeneigener Enzyme, ζ· B. Pektinesterasen, und die damit verbundene Aktivitätsminderung der Pektatlyase nicht erkannt worden ist·

Ebenso führt ein bereits beschriebenes Verfahren zur Herstellung von Trockenprodukten aus Speisekartoffeln, in Besonderheit bei der Anwendung von Pektatlyasepräparaten als mazerierende Enzyme, unter ökonomisch vertretbaren Bedingungen für die Enzymdosierung und_die Reaktionszeit lediglich zu einem Teilmazerat«

Ziel der Erfindung .

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur wahlweisen Herstellung von Mazeraten und Hydrolysates oder Säften in hoher Ausbeute und Qualität aus Gemüse und Speiaekartoffeln unter Einsatz von bakteriellen pektinolytischen Enzymen·

4 Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde» die speziellen Verfahrensbedingungen für einen bestimmten enzymatischen Aufschluß von Gemüse oder Speisekartoffeln aufzuzeigen·

Es wurde gefunden, daß die gewünschte spezielle Verfahrensführung durch Einsatz des pektinolytischen Enzymkomplexes aus Erwinia carotovora zu erreichen ist« Dabei wird zur vollständigen Verflüssigung und Herstellung von Mazerat oder Hydrolysat verlesenes, gewaschenes, geputztes und gegebenenfalls geschältes Gemüse oder Kartoffeln vor oder während der mechanischen Zerkleinerung schnell auf 100 ⁰G erhitzt und so lange bei dieser Temperatur belassen, bis die säurebildenden pflanzeneigenen Enzyme vollständig inaktiviert sind, worauf der natürliche pH-Wert konstant bleibt. Nach Rückkühlung auf Temperaturen von 65 ⁰C bis 40 ⁰C, vorzugsweise 55 bis 45 ⁰O, wird dem vorbehandelten pflanzlichen Material bei dem sich einstellenden natürlichen pH-Wert Pektatlyase aus Erwinia carotovora zugesetzt und die Verflüssigung durchgeführt·

Der wesentliche erfindungsgemäße Schritt ist der Einsatz von Pektatlyase aus Erwinia carotovora nach vorheriger thermischer Inaktivierung der säurebildenden pflanzeneigenen Enzyme·

Bei rohem oder nicht ausreichend zur Inaktivierung der pflanzeneigenen Enzyme thermisch vorbehandeltem Gemüse oder Speisekartoffeln fällt der pH-Wert während des Mazerationsvorganges unter Werte von 6,0 und gelangt damit aus dem wirksamsten pH-Bereich der Pektatlyase heraus·

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Der Säuerungsreaktion entgegenwirkende Stoffe oder Stoffgemische können in diesem Fall, beispielsweise in einem kontinuierlichen Prozeß nach dem Prinzip des pH-stat-Verfahrens zugesetzt werden, um den enzyraatischen Aufschluß bis zur vollständigen Mazeration durchzuführen·

Die erfindungsgemäße Herstellung eines Hydrolysate wird erreicht, wenn man nach beschriebener thermischer Vorbehandlung der Maische und Rückkühlung auf vorzugsweise 55 bis 45 ⁰C sowie beim sich einstellenden natürlichen pH-Wert 6,0 und größer Pektatlyase aus Erwinia carotovora im Gemisch mit Cellulasen/Hemicellulasen mikrobieller Herkunft einsetzt. Die Viskosität des verflüssigten Produktes wird wesentlich durch die den Pektatlyasekomplex begleitenden Cellulasen/Heraiceliulasen beeinflußt. Durch gemeinsamen Einsatz von Pektatlyase und Cellulase-ZHeraiceilulaaepräparaten, beispielsweise aus Trichoderma reesei, Trichoderma viride, Geotrichum candidum, Aspergillus terreus, Gliocladium spec·, Penicillium citreo-viride, Clostridium spec, und Polyangiura spec·, ist die Viskosität der Mazerate/Hydrolysate in einem weiten Bereich bis hin zum saftähnlichen Zustand steuerbar. Voraussetzung für die Auswahl der einzusetzenden Cellulase-/Heraicellulasepräparate sind im wesentlichen die Abwesenheit von Pektinesterasen und die Entfaltung der verflüssigenden Aktivität bei dem pH-Wert des vorbehandelten Rohstoffes, das heißt im Bereich um pH 6,0.

Außerdem wurde gefunden, daß ein partieller Aufschluß von Gemüse und eine Erhöhung der Saftausbeute beim anschließenden Pressen erreicht wird, wenn ©an die Maischen bei Temperaturen zwischen 40 und 70 ⁰C und pH-Werten

unterhalb von 6,0 Mit Pektatlyase aus Erwinia carotovora versetzt und einwirken läßt. Wesentlich für die gute Preßbarkeit der Maischen und damit verbunden eine hohe Saftausbeute bei der Fest-flüssig-Trennung ist ein pH-Wert unterhalb von 6,0. überraschend zeigt sich, daß auch bei einem in der industriellen Praxis durchaus üblichen hohen Temperaturbereich der Maischebehandlung, beispielsweise bei 70 c, eine gut wirksame Restenzymaktivität erhalten bleibt·

Als sehr vorteilhaft hat sich ferner der Einsatz von Mischungen aus Pektatlyase und Polygalakturonase aus Asperglllus spec· zum enzymatischen Aufschluß von Möhrenmaische erwiesen. Man erfaßt mit diesen Enzymgemischen in günstiger Weise die Saftgewinnung aus Maische-Chargen mit natürlichen pH-Werten im Bereich von 5,0 bis 6,0·

Erfindungsgemäß wird Mazerat oder Hydrolysat hergestellt, indem gewaschenes, verlesenes, geputztes und gegebenenfalls geschältes Gemüse oder Speisekartoffeln in vorzerkleinerter form schnell auf 100 ⁰C erhitzt sowie gegebenenfalls welter mechanisch zerkleinert werden und die Maische je nach Gemüseart und Zerkleinerungsgrad 2 bis 15 min bei dieser Temperatur belassen wird·

Nach Rückkühlung auf Temperaturen von 55 bis 45 ⁰C wird dem vorbehandelten Rohstoff Pektatlyase oder das Enzymgemisch aus Pektatlyase und Cellülasen/Hemicellulasen in mit Wasser verdünnter bzw· gelöster Form, bis maximal 5 % der Maischemenge, unter Rühren zudosiert· Die enzymatische Verflüssigung wird vorteilhaft durch Rühren oder Kneten des Ansatzes unterstützt· Die Mazerationsdauer ist im wesentlichen vom mechanischen

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Zerkleinerungsgrad des Pflanzenmaterials, von der Enzymkonzentration, der Reaktionstemperatur und der Durchmischung bzw. Scherung (Rührerart) abhängig und beträgt in der Regel 20 bis 90 min. Sind entsprechend der Erfindung die säurebildenden pflanzeneigenen Enzyme zuvor vollständig thermisch inaktiviert worden und die zugesetzte Pektatlyase sowie die gegebenenfalls mit eingesetzten Cellulase-ZHemieellulasepräparate frei von Pektinesterase, bleibt der pH-Wert während des gesamten enzymatischen Aufschlusses konstant·

Das verflüssigte Gemüse kann gewünschtenfalls eine Passiermaschine, Kolloidmühle oder einen Homogenisator durchlaufen, bevor es beispielsweise wie üblich durch Sterilisation haltbar gemacht, gelagert und seiner weiteren Verwendung zugeführt wird. Ein nicht passierbarer Rückstand entsteht nur dann, wenn nicht eßbare Anteile in der zu verflüssigenden Maische enthalten waren.

Saft wird erfindungsgemäß hergestellt, indem man gewaschenes, verlesenes und gegebenenfalls laugen- oder dampfgeschältes Gemüse durch mechanische Zerkleinerung maiecht und auf Temperaturen von 40 bis 95 ⁰G erhitzt. Nach eventuell notwendiger Rückkühlung wird bei 40 bis 70 ⁰C Pektatlyase oder ein Gemisch aus Pektatlyase und Polygalakturonase in verdünnter bzw. gelöster Form (maximal 5 % der Maischemenge als Wasser oder Askorbineäurelö'sung) unter Rühren zudosiert. Nach 30 bis 60 min wird die behandelte Maische einem Preßsystem, z. B. einer kontinuierlich arbeitenden Horizontalschneckenzentrifuge (Dekanter), zugeführt und der Saft in einer Ausbeute bis zu 80 %_f bezogen auf die eingesetzte Menge rohen Gemüses, erhalten.

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Die erfindungsgemäß eingesetzte Pektatlyase wird mittels dee Stammes Erwinia carotovora vari atroseptica erhalten, z. B. nach dem Verfahren des DD-WP 15 86 48· Demzufolge kann man nach Abtrennung der Bakterien das KuIturfiltrat in an sich bekannter Weise aufkonzentrieren und ala Flüssigpräparat verwenden oder man fällt auf übliche Weise die Pektatlyase mit Arnmoniumsulfat bzw. Alkohol und arbeitet das Enzym zum Trockenpräparat auf.

Die für den enzymatischen Aufschluß von Gemüse und Speisekartoffeln erforderliche Enzymkonzentration hängt vom Grad der Anreicherung im verwendeten Pektatlyasepräparat ab und beträgt für die Herstellung von Mazerat, Hydrolysat oder Saft 0,01 bis 0,1 % und für die Herstellung von Saft bei hohen Temperaturen bis zu 0,15 % des Gewichtes der zu verflüssigenden Gemüsemenge· Pro Kilogramm Gemüsemaische entsprechen diese Angaben einer Aktivität von 200 000 bis 300 000 Einheiten, die spektrophotometrisch in /umol, über den molaren Extinktionskoeffizienten £s 4800 der 4,5 ungesättigten Digalakturonsäure, aus der zeitlichen Extinktionsänderung bei 325 nm, bei pH 8,0 und Raumtemperatur mit Pektat als Substrat bestimmt wurde·

Pur die Verfahrensführung ist von Bedeutung, daß die mazerierende Wirkung der Pektatlyase direkt proportional dem mathematischen Produkt aus Enzymkonzentration und Reaktionszeit ist· Die Erfindung wird anhand folgender Ausführungsbeispiele näher erläutert ι

Ausführungsbeispiele

Beispiel I_nJ₁ Möhrenraazerat

1 kg fein geschnitzelte, rohe, geputzte Möhren werden un-

mittelbar nach dem Zerkleinern im Dampftopf auf 100 ⁰C erhitzt und 5 min lang bei dieser Temperatur gehalten· Ein Anteil von 50 g so vorbehandelter Möhrenschnitzel wird mit 40 ml Wasser versetzt, auf 50 ⁰C temperiert und gerührt. Der pH-Wert liegt bei 6,3. Unter weiterem Rühren dosiert man 200 mg eines Pektatlyasepräparatea aus Erwinia carotovora, in 10 ml Wasser gelöst, zu. Nach 10 min wird begonnen, die übrigen vorbehandelten Möhrenschnitzel nach und nach dem Ansatz zuzuführen. Nach insgesamt 90 min liegen sämtliche Schnitzel in verflüssigter Form vor. Das Mazerat wird ohne Rückstand, durch ein Küchensieb passiert und anschließend sterilisiert.

Beispiel 2: Kartoffelmazerat (Trockenprodukt)

150 g fein geraspelte, rohe und geschälte Kartoffeln werden sofort im Dampftopf bei 100 °C 4 min lang behandelt, danach wird mit 150 ml 0,4 %iger Natriurachloridlösung versetzt und auf 45 ⁰G temperiert. Der pH-Wert stellt sich auf 6,5 ein. Unter Rühren werden 30 mg eines Pektat-

lyasepräparates aus Erwinia carotovora, in 5 ml Wasser gelöst, zudosiert· Nach 60 min liegt das vollständige Mazerat vor, welches rückstandsfrei durch ein Sieb passiert und anschließend durch Gefriertrocknung in ein neues Trockenprodukt überführt wird.

Beispiel 3t Möhrenhydrolysat

1 kg industriell gefertigte Möhrenmaische (gewaschene, laügengeschälte Möhren erhitzt und zerkleinert) mit einem pH-Wert von 6,2 wird auf 50 ⁰C temperiert und unter Rühren mit 200 mg eines Pektatlyasepräparates aus Erwinia carotovora sowie 2 ml eines handelsüblichen mikro»

bielleri, ζ,· Β· aus Trichoderraa reesei, gewonnenen Cellulasekonzentrates, beides in 10 ml Wasser gelöst, versetzt· Mach 60 min ist die gesamte Möhrensubstanz in ein dünnflüssiges Hydrolysat mit einer Viskosität von weniger als 50 mPa«s überführbar·

Beispiel 4; Möhrensaft

2000 kg₍industriell gefertigte Möhrenmaische mit einem pH-Wert von 5»5 werden auf 50 ⁰C temperiert und unter Rühren mit 2 kg eines Kulturfiltratkonzentrates aus Erwinia carotovora, welche mit 50 1 Wasser verdünnt f sind, versetzt· Wach 45 Minuten wird die Maische einem Dekanter zugeführt und der Saft in einer Ausbeute von 79 %» bezogen auf die eingesetzten geschälten Möhren, abgetrennt·

BeJBg₁IeI₁₁ Pj₁ Möhrensaft

3000 kg industriell gefertigte MÖhrenmäische mit einem pH-Wert von 5»9 werden bei 70 ⁰C unter Rühren mit 2,25 kg eines Kulturfiltratkonzentrates aus Erwinia carotovora und 1,5 kg eines Sndo-Polygalakturonasepräparates aus Aspergillus spec, beide in 75 1 Wasser gelöst, versetzt· Hach 30 bis 45 min beginnt man mit der Abtrennung des Saftes über einen Dekanter, wobei die Ausbeute 78 %, bezogen auf die eingesetzten geschälten Möhren, beträgt·

Claims (1)

1. Erfindungsanspruch '

   Verfahren zur wahlweisen Heretellung von Mazeraten und Hydrolysaten oder Säften aus Gemüse und Speisekartoffeln durch Einwirkung eines bakteriellen pektinolytischen Enzymkomplexes auf mechanisch zerkleinertes pflanzliches Ausgangsinaterial, dadurch gekennzeichnet, daß der Pektatlyasekoiaplex aus KuIturfiltraten von Erwinia carotovora - hinterlegt in der Zentralen Stararasammlung der DDR im ΖΠΜΕΤ Jena mit der Registriernummer ZIMET 10703 allein oder im Gemisch mit Cellulase-ZHemicellulase-Präparaten eingesetzt wird und im Falle der Mazerat- oder Hydrolysathersteilung die Einwirkung des Enzym» komplexes ab einem pH-Wert von 6,0 und größer sowie bei Temperaturen von 45 bis 55 ⁰C erfolgt, wobei zuvor eine thermische Inaktivierung der säurebildenden pflanzeneigenen Enzyme vorgenommen oder der festgelegte pH-Bereich während der Behändlungszeit durch Zusatz an sich bekannter Stoffe oder Stoffgemische konstant gehalten wird, während zur Saftherstellung pH-Werte unterhalb von 6,0 und Temperaturen zwischen 40 und 70 ⁰C gewählt werden.