DD288619A5 - Verfahren zur herstellung von grundstoffen, insbesondere fuer alkoholfreie und alkoholarme getraenke - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Grundstoffen, insbesondere fuer alkoholfreie und alkoholarme Getraenke. Die Erfindung kann in der Getraenkeindustrie sowie in der Industrie, in der aromatisierte Nahrungs- und Genuszmittel hergestellt werden, angewendet werden. Erfindungsgemaesz koennen Grundstoffe, insbesondere fuer alkoholfreie Getraenke mit einem Alkoholgehalt bis zu 0,5 g/100 g und alkoholarme Getraenke mit einem Alkoholgehalt bis zu 4,5 g/100 g hergestellt werden. Die verwendeten Grundstoffe werden direkt durch Fermentation von metabolisierbaren kohlenhydrat- und stickstoffhaltigen Naehrsubstraten mittels aroma- und/oder saeurebildenden Mikroorganismen gewonnen. Fuer die nach der Erfindung verwendeten Mikroorganismen werden Beispiele aufgefuehrt.{Verfahren; Grundstoffe; alkoholfreie Getraenke; alkoholarme Getraenke; Fermentation; Naehrsubstrat; Mikroorganismen; metabolisierbar; kohlenhydrathaltig; stickstoffhaltig; Getraenkeindustrie}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Anwendungsgebiet ist insbesondere die Getränkeindustrie sowie die Industrie, in der aromatisierte Nahrungs- und Genußmittel hergestellt werden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die Herstellung von alkoholfreien und alkoholarmen Erfrischungsgetränken erfolgt heute ausschließlich durch Mischen von Grundstoffen mit Wasser und Süßungsmittel sowie, sowait es sich nicht um stille Getränke handelt, durch Imprägnieren mit Kohlendioxid. Die Grundstoffe stellen Konzentrate dar, die aus pflanzlichen Rohstoffen oder synthetisch gewonnen werden. Die Säurekomponente, z. B. Citronensäure, wird auch fermentativ hergestellt, in kristalliner Form isoliert und zur Grundstoffherstellung eingesetzt. Bisher ist bei der Herstellung von alkoholfreien und alkoholarmen Erfrischungsgetränken die Anwendung von Grundstoffen, die mikrobiell gewonnene Aromagemische enthalten, noch nicht beschrieben worden. So sind Verfahren bekannt, die aus den durch die Mikroorganismen gebildeten Aromastoffgemischen eine Isolierung und Konzentrierung einer Aromakomponente vornehmen, mit dem Ziel der Gewinnung eines reinen Produktes (z. B. Synthese von organischen Säuren) Der Mikroorganismus wird hier also vorrangig so gezüchtet und eingesetzt, daß er nur eine Verbindung synthetisiert und die anderen in so geringen Mengen wie nur irgend möglich als Nebenprodukte produziert, da diese sich dann störend im Pro.- 'h der Konzentrierung auswirken können (DD-PS 232.309, DD-PS 248.376, REHM, HJ.; Industrielle Mikrobiologie, Aufl. - Berlin, Heidelberg, New York, Springer Verlag, 1984).

Bekannt sind die Verfahren zur Herstellung von klassischen alkoholischen Gärungsgetränken (z. B. Bier, Wein). Dabei erfolgt nach Abtrennung der Biomase eine Einlagerung der Fermentationslösung, die ein Aromagemisch enthält. Durch die Rei'sphase finden chemische und biochemische Umwandlungen statt, die das endgültige Flavour des Getränks aueprägen. Ebenfalls wird auch die Abtrennung des Ethanols aus dieser Lösung beschrieben, um alkoholfreies Bier zu erhalten. Bis Jetzt erfolgte aber noch keine Anwendung von solchen Verfahren bei der Herstellung von alkoholfreien und alkoholarmen Getränken, die ein anderes Grundaroma besitzen als durch den Rohstoff (Bierwürze, Fruchtsaft u.a.) ausgeprägt wird. Ein Verfahren zur Gewinnung von einem säuerlichen Getränk mittels milchsäurebildenden Mikroorganismen wird in EP 0.113.055 beschrieben. Dort werden verschiedene Fruchtsäfte mit milchsäurebildenden Mikroorganismen der Gattungen Lactobacillus, Streptococcus oder Pediococcus beimpft. Da der Fruchtsaft bakteriostatische Komponenten enthält, absorbiert man diese Stoffe an verschiedenen Mitteln,'wie Amidharze, Kieselgur, Aktivkohle und Anlonenaustauscherharze, die quarternäre Ammoniumverbindungen enthalten, um eine Anreicherung der Mikroorganismen zu etmöglichen. Die Fruchtsäfte werden dafür direkt mit Absorptionsmittel versetzt oder durch das Mittel geleitet. Die Züchtung wird bei Zimmertemperatur in Standkulturen bei pH-Werten von höchstens 4,0 durchgeführt.

Die so erhaltenen Getränke werden direkt abgefüllt und weisen einen säurerlichen Geschmack auf. Durch die niedrigen pH-Werte sind sie über einen längeren Zeitraum lagerfähig.

Da die Mikroorganismen in der Fermentationslösung verbleiben, ist es nicht möglich, ein klares Getränk zu erhalten. Zum anderen werden nur Fruchtsäfte verwendet, die nach der Behandlung mit den Mikroorganismen ein saures Getränk ergeben, das aber hauptsächlich das alte Geschmacksbild des Fruchtsaftes aufweist.

Ein weiteres Verfahren, das sich mit der Gewinnung eines Getränkes mit Hefearoma beschäftigt, wird in DE-OS 3.213.056 beschrieben.

Ein geeignetes Substrat, das Nährstoffe und/oder Geschmacksstoffe enthält, wird bei niedrigen Temperaturen (unter O⁰C), so daß keine alkoholische Gärung auftreten kann, mit Hefen versetzt, bis die Aromastoffe von derZelle in die Flüssigkeit diffundiert sind.

Hierbei werden nur die Inhaitsstoffe der Hefe und ihre reduzierende Wirkung ausgenutzt; nicht aber die Stoffwechseltätigkeit der Hefe, da die Diffussion der Inhaltsstoffe bei niedrigen Temperaturen erfolgt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, Aromastoffe pflanzlichen Ursprungs zu substituieren, um damit die Wirtschaftlichkeit herkömmlicher Verfahren zu¹ verbessern.

Wesen der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Grundstoffe₍insbesondere für alkoholfreie und alkoholarme Getränke herzustellen. Dafür sind Mikroorganismen mit hoher Produktbildungsgeschwindigkeit zu verwenden, die entsprechend den geforderten bzw.

neuen Geschmacksrichtungen der Getränke- bestimmte Aromaprofile ausbilden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die verwendeten Grundstoffe direkt durch Fermentation von

metabolisierten kohlenhydrat- und stickstoffhaltigen Nährsubstraten mittels aroma- und säurebildenden Mikroorganismen gewonnen werden. Das Verfahren ist vorgesehen insbesondere für die Herstellung von alkoholfreien Getränken mit einem

Alkoholgehalt bis zu 0,5g/100g und alkoholarme Getränke mit ainem Alkoholgehalt bis zu 4,5g/100g. Die fermentativ hergestellten Grundstoffe werden allein oder durch Verschneiden mit anderen Lösungen zur Herstellung von Getränken der gewünschten Geschmacksrichtung eingesetzt. Diese Geschmacksrichtung wird durch ein Aromagemisch

geprägt, das jeweils, entsprechend den verwendeten Mikroorganismen, ein dominierendes Flavour ausbildet (z.B. fruchtig, säuerlich, bananenähnlich, apfelartig oder auch neuartige Kompositionen, die nicht einer bestimmten Frucht zuzuordnen sind).

Die zur Erzeugung der gewünschten Flavourkomponenten verwendeten Mikroorganismen sind solche der Gattungen Brettanomyces, Debaryomyces, Saccharomycopsis, Hanseniaspora, Hansenula, Kluyveromyces, Pichia, Saccharomyces, Schizosaccharomyces, Sporidiobolus, Sporobolomyces, Torulaspora oder Zygosaccharomyces. Durch Kombination einzelner hergestellter Fermentationslösungen oder deren Konzentrate miteinander oder mit gewonnenen

natürlichen pflanzlichen sowie naturidentischen oder Aromakomponenten kann das gewünschte Aromaprofil des zu produzierenden Getränkes erreicht werden. Anstelle der Fermentation mit einzelnen Mikroorganismen kann eine Kultivierung von Mischpopulationen erfolgen.

Bei notwendiger Erhöhung des Säuregrades kann die Zugabe von Genußsäuren, wie z. B. Zitronensäure oder Milchsäure, In an

sich bekannterweise erfolgen. Dazu kann die Säurekomponente selbst fermentativ (wie z.B. mit Bakterien der Gattung

Lactobacillus ο. a.) hergestellt und die Kulturlösung ohne gesonderte Aufkonzentrierung direkt eingesetzt werden. Zur Gewinnung dieser Fermentationslösungen werden die Mikroorganismen bei für sie optimalen anaeroben oder aeroben,

submersen oder emersen Bedingungen bei Temperaturen von 20-40°C, vorzugsweise 25-3O⁰C, und einem pH-Bereich von 2-8, vorzugsweise 5-6, kultiviert, so daß die Aromastoffe in hohen Konzentrationen in das Medium ausgeschieden werden.

Die Fermentation der Mikroorganismen kann dabei ein- oder mehrstufig, vorzugsweise zweistufig, kontinuierlich oder periodisch

erfolgen. Als Kohlenstoffquellen werden vorrangig Mono-, Di oder Trisaccharide, vorzugsweise. Glucose, Fiuctose, Saccharose,

Maltose, Raffinose u. a. eingesetzt. Außerdem können auch anteilmäßig, komplexe Medien, wie z.B. Bierwürze o.a.,zur Anwendung gelangen. Das Medium enthält alle für die Fermentation notwendigen Spurenelemente sowie Phosphor- und Stickstoffverbindungen. Es können zusätzlich Vitamine, Aminosäuren, Alkohole, organische Säuren oder weitere Stimulantien

zugesetzt werden, die für die Kultivierung der Mikroorganismen oder für die Ausbildung des Flavours notwendig sind.

Nach Beendigung der Fermentation werden die Mikroorganismen entweder durch physikalische Trennverfahren, vorzugsweise Membrantrenntechnik, abgetrennt oder als trübungsgebende Substanzen in der Lösung belassen, die dann gleichzeitig zu einer Anreicherung der Vitamine, Mineralstoffe und Eiweißverbindungen beitragen. Die abgetrennten Mikroorganismen können für weitere Fermentationen oder anderweitig verwendet werden. Eventuell entstandenes Ethanol kann ebenfalls mit physikalischen Trennverfahren, vorzugsweise der Membrantrenntechnik oder destillativer, Methoden, aus der Lösung entfernt oder minimiert werden.

Beispiel 1 Die Herstellung eines Grundstoffes für ein alkoholfreies Getränk mit Fruchtaroma mit der Hefe Plchla farlnoia In einer einstufigen

aeroben, submersen Kultur.

Als Medium für die Wachstums- und Produktbildungsphase wird &-14%lge ungehopfte Bierwürze verwendet.

Substanz	Gehalt
Alpha-Aminostickstoff	0,25% (mg/100 ml)
Hexosen	11,9%(mg/100ml)
Saccharose	5,1% (mg/100 ml)
Maltose	65,4% (mg/100 ml)
Maltotriose	17,6% (mg/100 ml)
Biotin	0,65pg/100ml
m-lnositol	5,5 Mg/100 ml
Pantothensäure	45-65 Mg/100 ml
Thiamin	60 Mg/100 ml
Riboflavin	33-46 Mg/100 ml
Pyridoxin	85 Mg/100 ml
Nicotinsäure	1-1,2pg/100ml
Kalium	550mg/l
Natrium	30mg/l
Calcium	35mg/l
Magnesium	100mg/l
Kupfer	0,1 mg/l
Eisen	0,1 mg/l
Mangan	0,15 mg/l
Zink	0,15 mg/l
Schwefel	90 mg/l
Phosphate	575 mg/l ·
Chloride	45 mg/l

Für die Herstellung des Inokulums werden ca. 150ml dieser Bierwürze be! 121⁰C 20min sterilisiert und nach dem Abkühlen mit

der Hefe Pichla farlnosa CCY 39-14-2 beimpft und 48h bei 28⁰C geschüttelt. Diese Menge des Inokulums dient zur Beimpfung eines 5-l-Blasensäulenfermenters mit 2,51 Füllvolumen.

Fermentationsbedingungen: aseptische Fermentation, 25⁰C, pH-Wert ca. 5, Luftmenge ca. 0,33 wm Nach 120 h Fermentationszeit wurde die Fermentation beendet. Die Trubstoffe und die Biomasse werden mittels Membrantechnik aus der Fermentationslösung getrennt. Die Lösung, die als Hauptkomponente ein Qananenaroma aufweist, wird anschließend noch carbonisiert. Beispiel 2 Für die Herstellung von Grundstoffen und Fruchtaroma können auch andere Mikroorganismen, wie z. B.

Brettanomyces claussenli Saccharomyces cerlvisiae Saccharomyces cerevislae var. bayanus Saccharomyces cerevislae var. chevalieri Kluyveromyces marxlanus var. lactis Debaryomyces hansenii Pichla membranaefaciens Hansenula saturnus CCY 30-4-2 Hansenula anomala Candida famata

Schizosaccharomyces octosporus Zygosaccharomyces rouxli

als Aromabildner eingesetzt werden. Die Fermentationsbedingungen sind die gleichen wie in Beispiel 1.

Beispiel 3 Herstellung eines Grundstoifes für ein alkoholfreies Getränk mit süßsaurem Geschmack mit der Hefe Sacaromycopsls lipolytlca

oder andere säureproduzierenden Stämmen der Gattungen Candida, Sacaromycopals oder Sporobolomyces in einer einstufigen aeroben, submersen Fermentation.

Das Medium für die Fermentation besteht aus Bierwürze (siehe Beispiel 1), deren Glucosegehalt durch den Zusatz von

kohlenhydratspaltenden Enzymen (z. B. Glucoamylase) erhöht wurde. Als Kohlenstoffquellen können auch eine 10%ige

Saccharose- oder Stärkehydrolysattösung eingesetzt werden, die zuvor ebenfalls mit Enzymen (Invertase, Glucoamylase)

behandet wurden. Als Wuchsstoffquelle dient Hefeextrakt in einer Konzentration von 2g/l Medium. Je nach gewünschter

Citronensäurekonzentration wild der Glucosegehalt zwischen 5 und 90% bezogen auf Gesamtkohlenhydrate eingestellt. Die Fermentationsbedingungen sind die gleichen wie Im Beispiel 1. Die Fermentationslösung woisc nach tiner Fermentationszelt

von ca. 96 h eine Citronensäurekonzentration von 20-60 g/l auf, die durch Zugabe von Wasser auf eine Konzentration von etwa 0,5-2,7g/l herabgesetzt wird. Es schließt sich nun noch eine Carbonisierung und gegebenenfalls eine Färbung mit einem geeigneten Lebensmittelfarbstoff an.

Genügen die in der Bierwürze enthaltenen Substanzen nicht den Anforderungen an eine gute Verme¹ rung und Produktbildung,

kann eine Zugabe von Ammoniumsalzen und/oder Vitaminen erfolgen.

Beispiel 4 Für die Bildung fruchtiger Aramakomponenten können auf dem gleichen Substrat

Hansenlasporo uvarum oder Kloeckera apiculata ' Sporopolomyces odurus CCY19-5-1, CCY19-4-Saccharomyce* firmentatl ATCC 20100 Dlpodascus magnusil ATCC 2105

kultiviert werden.

Die Fermentationsbedingungen sind die gleichen wie im Beispiel 1,2 oder 3. Beispiel 5 Herstellung eines fruchtigsauren Getränks Die Herstellung des Grundstoffes dafür erfolgt durch Verschneiden der Grundstoffe aus den Beispielen 1,2,3 oder 4. Beispiel 6 Herstellung eines Grundstoffes für ein Getränk mit Fruchtaroma in zwei parallelen Fermentationen Das Medium nach Beispiel 1 wird für die Kultivierung von Sacaromyces cerivlslae var. chevalier) oder anderen Saccharomyces

cerevlslae-Varietäten genutzt. Die Fermentationsdauer beträgt ca. 120h. Neben den Aromakomponenten haben sich etwa 10Vol.-% Ethanol gebildet.

Parallel dazu erfolgt die Herführung von Clostridium butyrlcum auf einem Medium des Beispiels 2 unter streng anaeroben Bedingungen bei einer Temperatur von 30°C und eine pH-Wert von anfangs 5,0. Nach Abschluß der Bildung des Ethanols und der Buttersäure werden die beiden Fermentationslösungen im Verhältnis von 15:1

verschnitten und thermisch behandelt, wobei eine Veresterung der gebildeten Teilkomponenten stattfindet.

Nach beendeter Veresterung erfolgt eine Abtrennung der Biomasse und der Trubstoffe, wie im Beispiel 1 beschrieben. Die Buttersäurekonzentration im Getränk sollte kleiner 0,01 g/l sein. Beispiel 7 Herstellung eines Grundstoffes für ein Getränk mit Fruchtaroma Es werden gleichzeitig Mikroorganismen, der im Beispiel 1 und 2 genannten Arten bei gleichen Bedingungen kultiviert. Durch die verschiedenen Kombinationen der Mikroorganismen erhält man ein spezifisches Flavour. Möglichkeiten ergeben sich bei Kombination von:

Pichia farinosa CCY 39-14-2 - Hansenula saturnus CCY 38-4-2 Plchla farinosa CCY 39-14-2 - Saccharomyces cerevlsiae var. bayanus Debaryomyces hansonll - Hansenula saturnus CCY 38-4-2

Die Weiterbehandlung der Fermentationslösung erfolgt analog Beispiel 1. Beispiel 8 Herstellung eines Grundstoffes für ein alkoholfreies Getränk mit blumigaromatischem Flavour mit Kluyveromyces marxianus

var. lactis CCY 21-3-1 in einem Medium nach Beispiel 1 unter Zusatz von sterilfiltriertem Hefeextrakt (0,2%).

Die Fermentationsbedingungen sind: 30°C, pH-Wert 3,7 Luftmenge ca. 0,33 wm

Nach einer Fermentationsdauer von etwa 96 Stunden haben sich die erwünschten Aromastoffe gebildet. Aus der Lösung werden entsprechend dem Beispiel 1 Trubstoffe und Biomasse entfernt. Dieser Grundstoff kann zum Verschneiden mit anderen Grundstoffen oder auch direkt zur Herstellung als carbonisiertes Getränk eingesetzt werden.

Beispiel 9

Herstellung eines Grundstoffes für ein alkoholarmes weinähnliches Getränk mit der Hefe Saccharomyces cerevlsiae (Cherry-Hefe) in einem 10%igen Saccharosemedium mit einem Zusatz von 20% Bierwürze als Supplement. Die Fermentationsbedingungen sind: 25⁰C, pH-Wert 5,4, anaorob

Nach einer Fermei itatlonsdauer von na. 7 Tagen hat sich ein Produkt mit Sherry-Charakter ausgebildet. Das entstandene Ethanol (etwa 4% vol) kann belassen oder mittels geeigneter Trenntechnik minimiert werden.

Beispiel 10 Für die Ausbildung eines ähnlichen dem in Beispiel 9 genannten Aromas eignen sich auch die Hefon

Saccharomyces cerevlslae var, bayanus Saccharomyces cerevlslae var, chevalierl

Beispiel 11

Herstellung eines säuerlichen fruchtaromatischtm Grundstoffes für oln alkoholarmes Getränk durch eine zweistufige Fermentation, Indem in einem Medium nach Beispiel 1 durch eine aerobe Fermentation durch Candida Iipoiytica in der ersten Stufe die Säurekomponente gebildet wird und in der zweiten Stufe in diesem Medium durch die im Beispiel 2 oder 4 genannten Mikroorganismen auf anaeroben Wege die Aromakomponente gebildet wird.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung von Grundstoffen insbesondere für alkoholfreie Getränke mit einem Alkoholgehalt bis zu 0,5g/100g und alkoholarme Getränke mit einem Alkoholgehalt bis zu 4,5g/ 100g, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Grundstoffe direkt durch Fermentation von matabolisierbaren kohlenhydrat- und stickstoffhaltigen Nährsubstraten mittels eroma- und/oder säurebildenden Mikroorganismen gewonnen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewinnung der Grundstoffe . Mikroorganismen der Gattungen Brettanomyces, Debaryomyces, Saccharomycopsis, Hanseniaspora, Hansenula, Kluyveromyces, Lactobacillus, Pichla, Saccharomyces, Schlzosaccharomyces, Sporidfobolus, Sporobolomyces, Torulaspora oder Zygosaccharomyces verwendet werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundstoffe aus einer Reinkultur oder aus einer Mischpopulation der Mikroorganismen der obengenannten Gattungen gewonnen werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kultivierung der Mikroorganismen obengenannter Gattungen auf Medien erfolgt, durch unterschiedliche Kohlenstoffquellen, vorzugsweise Glucose, Fructose, Maltose oder Saccharose, enthalten oder auf komplexen Medien, vorzugsweise Bierwürze, erfolgt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroorganismen getrennt in verschiedenen Medien eingesetzt und die fermentierten Medien nach Trennung der sie enthaltenen Mikroorganismen zum Grundstoff gemischt werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroorganismen im selben Nährmedium nacheinander (in mehrstufigen Fermentationen) eingesetzt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kultivierung der Mikroorganismen in einem pH-Bereich von 2,8, vorzugsweise 5-6, und bei einer Temperatur von 20-40⁰C₁ vorzugseise 25-30⁰C, erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mikrobiell gewonnenen Grundstoffe einzeln verwendet oder in geeignetem Verhältnis miteinandar oder mit gewonnenen natürlichen pflanzlichen sowie naturidentischen oder Aromakomponenten verschnitten werden können.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroorganismen aus der Fermentationslösung, die die ausgeschiedenen Aromakomponenten enthält, die physikalische Trennverfahren, vorzugsweise Membrantrenntechnik, abgetrennt werden oder diese Fermentationslösung unfiltriert verwendet wird, um eine Anreicherung sowohl der trübungsgebenden Substanzen als auch von Vitaminen, Mineralstoffen und Eiweißen durch die enthaltenen Mikroorganismen oder Medienbestandteile zu erreichen.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, !daß eventuell gebildetes Ethanol durch physikalische Trennverfahren, vorzugsweise Membrantrenntechnik oder destillative Methode, abgetrennt oder reduziert wird.