DD242559A1 - Verfahren zur enzymatischen klaerung von trubstoffhaltigem apfelsaft - Google Patents

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Andreas Leuchtenberger
Christine Wardsack
Heinz Ruttloff
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Adw Ddr
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur enzymatischen Klaerung von Apfelsaft durch direkten Kontakt von traegerfixiertem Mycel eines pektinolytisch aktiven Schimmelpilzes von der Art Aspergillus niger. Erfindungsgemaess wird in einem Fermentationsgefaess traegerfixierte Biomasse angezuechtet. Nach Ablassen der Naehrloesung wird diese 8 bis 18 h im Luftstrom getrocknet, zweimal 30 bis 60 min mit sterilem Wasser gewaschen und anschliessend fuer die Apfelsaftbehandlung eingesetzt. Der Depektinisierungsprozess erfolgt im Verlaufe von 30 bis 60 min bei 28 bis 32C und einer Belueftung von 60 bis 120 l/h. Die Wirkung ist am effektivsten bei Einsatz von 0,5 bis 10 ml Apfelsaft je cm2 Traegerflaeche. Das Mycel kann fuer die Behandlung von mindestens 5 Chargen Apfelsaft verwendet werden.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf die Depektinisierung und Klärung von Apfelsaft unter Verwendung von pektinolytisch aktiven Schimmelpilzen der Art Aspergillus niger.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Zur Depektinisierung und Klärung von Apfelsaft werden in der obstverarbeitenden Industrie seit Jahren pektinolytische Enzyme mikrowellen Ursprungs eingesetzt. Ihre Wirkung besteht im wesentlichen darin, daß das um die Trubstoffe des Saftes befindliche Schutzkolloid aus Pektin hydrolytisch gespalten wird, wodurch diese agglomerieren. Durch Zusatz von Schönungsmitteln wird die Sedimentierung der Trubstoffe beschleunigt. Die fruchtsaftklärende Wirkung pektinolytischer Enzyme, die sich u.a. in einer deutlichen Viskositätsabnahme zeigt, ist von verschiedenen Prozeßbedingungen (z. B. Temperatur, Enzymart und -menge, Saftqualität, pH-Wert) abhängig. Die Optimierung dieser Parameter zwecks Verkürzung der Behandlungszeit sowie Verbesserung der Saftqualität ist Gegenstand verschiedener Patentschriften (DE-OS 2607532, CD-PS 752331). Eine Weiterentwicklung dieserfechnologie ist die kontinuierliche Apfelsaftklärung (DD-PS 147500, FR-PS 2112598, US-PS 3795521, DE-OS 2154500). Nachteilig bei den genannten Verfahren ist, daß lösliche Enzyme verwendet werden, die nur einmal zum Einsatz kommen und nach Ablauf des Klärungsprozesses inaktiviert werden.
Eine Möglichkeit zur Eliminierung dieses Nachteils besteht in der Anwendung immobilisierter Enzyme, die nach der Reaktion abgetrennt und für weitere Klärungsprozesse eingesetzt werden können. So gibt es eine Patentschrift von J. H. REYNOLDS (DE-OS 2112749), in der ein Verfahren zur Apfelsaftklärung mit an Polyethylenscheiben fixierter Polygalakturonase beschrieben wird. A. BARANJAK (Acta Aliment. Pol.8 [1971] 1/2,11-16) setzt zur Depektinisierung von Apfelsaft eine Polygalakturonase ein , die an poröses Glas immobilisiert worden ist. Weitere diesbezügliche Literaturhinweise sind von HULTIN (FoodTechnol.37 [1983] 10,66-82), LISTu. KNECHTELdnd. Obst-u. Gem.-Verwertung 65 [1980] 16,415-419) sowieSCHAWALLER (Dissertation A, Agrarwiss. Fak. der Humboldt-Univ., Berlin 1983) bekannt. Obwohl es verschiedene Verfahrensentwicklungen mit trägerfixierten Pektinasen gibt, hat sich bisher noch keines im technischen Maßstab bewährt. Wesentliche Gründe dafür sind, daß bei der Immobilisierung ein Teil der Enzymaktivität verloren geht bzw. die Fixierung nicht stabil genug ist, so daß sich aus ökonomischer Sicht gegenüber dem Einsatz löslicher Pektinasen kein Vorteil bietet.
Im Literatur-und Patentschrifttum sind in jüngster Zeit zahlreiche Angaben über die Immobilisierung von Mikroorganismen zum Zwecke der Enzymgewinnung sowie enzymatischer Stoffwandlungsreaktionen zu finden. So gibt es von Ch. DIVIES (DE-OS 2633976) ein Verfahren zur Durchführung von enzymatischen Reaktionen, bei dem in eine Polymerisatmatrix eingeschlossene Mikroorganismen (Lactobacillus casei, Lactobacillus delbrücki, Pseudomonas aeruginosa, Saccharomyces cerevisiae und Schizosaccharomyces pombe) zum Einsatz kommen. Als Anwendungsmöglichkeiten werden die Vergärung von Traubensaft, die Umwandlung von L-Apfelsäure in L-Milchsäure, die Gewinnung von Joghurt aus Milch sowie die Abwasserklärung genannt. Ein Verfahren zur Produktion verschiedener Stoffwechselprodukte (z. B. Essigsäure, Zitronensäure, Aminosäuren, alkoholische Getränke) mit trägerfixierten Mikroorganismen wurde von W. ENGELBART u.a. (DD-PS 198322) entwickelt. In ähnlicher Weise wirken Verfahren von ATKINSON u.ai (DE-OS 2845552) sowie KURANE u.a. (DE-OS 2757826). Angaben über die Anwendung immobilisierter Mikroorganismen zum Zwecke der Apfelsaftklärung sind bisher nicht bekannt.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, durch kurzzeitigen Kontakt mitträgerfixiertem Mycel von Aspergillus niger eine Depektinisierung und Klärung von Apfelsaft zu erreichen. Dabei sollen die vorher genannten Nachteile, die bei Anwendung löslicher und fixierter pektinolytischer Enzyme auftreten, beseitigt werden.
-2- 242 559 Darlegung des Wesens der Erfindung
Das Wesen des Verfahrens besteht darin, daß mit trägerfixiertem Mycel des Stammes Aspergillusnieger R1/214—hinterlegt in der Zentralen Stammsammlung der DDR, dem Zentralinstitut für Mikrobiologie und experimentelle Therapie in Jena, unter ZIMET = 43692 — eine Klärung und Depektinisierung von Apfelsaft erfolgt. Dabei ist von Bedeutung, daß auf einem freischwebenden oder fixierten inerten Träger eine kompakte Biomasse vorliegt. Die Anzucht des immobilisierten Mycels kann in Schüttelkolben, Rührfermentoren sowie in Rohrfermentoren erfolgen, wie sie für die Pektinasegewinnung entwickelt wurden (DD-PS 211808). Dabei sind folgende wesentliche Parameter einzuhalten:
— Konzentration der Sporen/ml Nährlösung 102 bis 104
— Verhältnis Nährmedium zu Oberfläche des Trägers 0,5 bis 10ml Medium je cm2 Trägerfläche
— Belüftung 1 bis 31 Luft/l Medium/min · . -
— Kultivierung bei 28 bis 32°C über 5 bis 7 Tage.
Die für den Stoffaustausch notwendige Umwälzung des Mediums sowie die Sauerstoffversorgung werden durch Schütteln bzw, durch Belüftung erreicht. Nach Ablassen des Anzuchtmediums wird Apfelsaft zugegeben, der nach einer Verweilzeit von 30 bis 60min durch neuen Saft ersetzt wird. Das Mycel kann für mehrere Apfelsaftbehandlungen genutzt werden, bevor neues
angezüchtet werden muß. :
Erfindungsgemäß ist für die Apfelsaftklärung folgender allgemeiner Verfahrensablauf einzuhalten:
In einem Kulturgefäß werden Sporen des Stammes Aspergillusniger R1/214 unter Verwendung eines für die Pektinasesynthese bei Schimmelpilzen geeigneten Nährmediums in Gegenwart eines Trägers aus hitzebeständigem Material zur Auskeimung gebracht. Unter Belüftung lagern sich die Sporen am Träger an und bilden bei 28 bis 320C innerhalb von 3 bis 7 Tagen eine kompakte Mycelmasse.
Nach Abtrennung des Nährmediums wird das Mycel im Luftstrom getrocknet und zweimal mit sterilem Wasser gewaschen (30 bis 90 min Kontaktdauer). Das so präparierte trägerfixierte Mycel wird dann zur Klärung und Depektinisierung von Apfelsaft eingesetzt. Zu diesem Zwecke wird mit Rohsaft aufgefüllt und bei einer Belüftung von 60 bis 120 l/h 30 bis 60 min fermentiert.
Dieser Vorgang läßt sich mehrmals wiederholen. Das Verfahren wird in nachfolgenden Beispielen näher erläutert.
Ausführungsbeispiele Beispiel 1
50ml eines für die Pektinasesynthese günstigen Standardmediums (5% Glucose, 0,1 % Pektin, 0,75% NH4NO3,0,75% KH2PO4, 0,03% FeSO4 · 7 H20,0,03% MgSO4,0,03% CaCO3,0,03% NaCI, pH 4,5) und 25cm2 eines textlien Trägers werden in 200ml Kulturflaschen gegeben und mit einer Sporensuspension (103 Sporen/ml Kulturmedium) des Stammes A. niger R1 /214 beimpft. Bei Kultivierung auf einem Rotationsschüttler (220 U/min) bei 28 bis 32 0C werden am 6. Tag in der Fermentationslösung durchschnittlich 600 PG-E/ml gemessen.
Die Kulturlösung wird vom Mycel abgegossen, zweimal mit 50 mister. Wasser versetzt und jeweils 30 min geschüttelt. Nachdem Entfernen de.s 2. Waschwassers werden 50 ml frischgepreßter Apfelsaft auf das so vorbereitete Mycel gegeben und 1 h bei 28 bis 32°Cauf dem Rotationsschüttler fermentiert. Nach 30 min läßt sich eine 89%ige und nach 60 min eine91%ige Viskositätserniedrigung messen. Bei Wiederholung des Vorganges mit frischem Apfelsaft beträgt der Viskositätsverlust 80% nach 30min und 88% nach 60min.
Beispiel 2
In einem Rohrfermentor, der mit einem Zylinderträger aus nichtrostenden V2A-Gewebe ausgerüstet ist, werden 21 Standardmedium (s.o.) mit einer Sporensuspension (103 Sporen/ml Kulturmedium) von A. niger R1/214 beimpft und bei 28 bis 320C mit einer Belüftung von 1 bis 31 Luft/Medium/min kultiviert. Nach 7 Tagen wird die Fermentationslösung, die durchschnittlich ca. 200PG-E/ml enthält, abgelassen, das Mycel 8 bis 18h im Luftstrom (40 bis 100 l/min) getrocknet und zweimal mit sterilem Wasser 1 h gewaschen. Das so behandelte Mycel kann nun zur Depektinisierung von Apfelsaft verwendet werden. Dazu füllt man mit 21 Apfelsaft auf und fermentiert bei 28 bis 32°C sowie einer Belüftung von 60 bis 120 l/h ca. 60 min. Die erzielte Viskositätserniedrigung beträgt nach 1 h 82%, nach 2h 86% und nach 3h 88%.
Beispiels -
Das zur Apfelsaftklärung benötigte trägerfixierte Mycel wird wie unter Beispiel 2 angezogen. Nach erfolgter Behandlung von 21 Apfelsaft kann dieser nach 1 !»abgelassen und durch frischen Apfelsaft ersetzt werden. Die bei der 2. Charge gemessene Viskositätserniedrigung beträgt 81 %. Es können etwa 4 bis 5 Wechsel vorgenommen werden, um noch eine Viskositätserniedrigung von 75% zu erreichen.

Claims (8)

  1. Erfindungsanspruch:
    1. Verfahren zur enzymatischen Klärung von trubstoff haltigem Apfelsaft, dadurch gekennzeichnet, daß der trubstoffhaltige Saft solange in kurzzeitigen Kontakt mitträgerfixiertem Mycel eines pektinolytisch aktiven Schimmelpilzes von der Art Aspergillus niger gebracht wird, bis das Schutzkolloid Pektin abgebaut und die Trubstoffe zur Auflockung kommen.
  2. 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Kultivierung der Stamm Aspergillus niger R1 /214, hinterlegt in der Zentralen Stammsammlung der DDR im Zentralihstitut für Mikrobiologie und experimentelle Therapie in Jena unter der Bezeichnung ZlMET 43692, verwendet wird.
  3. 3. Verfahren nach den Punkten 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mycel nach Ablassen der Kulturlösung in einem Fermentorim Luftstrom 8 bis 18h getrocknet und nachfolgend zwecks Entfernung von Resten des Kulturmediums zweimal mit sterilem Wasser 30 bis 60 min gewaschen wird."
  4. 4. Verfahren.nach den Punkten 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Apfelsaft in einer Menge von 0,5 bis 10 ml je cm2 Trägeroberfläche eingesetzt wird. . "
  5. 5. Verfahren nach den Punkten 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung des Saftes bei Temperaturen von 28 bis 320C erfolgt. .
  6. 6. Verfahren nach den Punkten 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsdauer 30 bis60mih beträgt.
  7. 7. Verfahren nach den Punkten 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Luftzufuhr von 60 bis 120 l/h gewählt wird.
  8. 8. Verfahren nach den Punkten 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das angezüchtete Mycel nach Behandlung von 5 Chargen frischen Apfelsaftes erneuert wird.
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