DE102008062749A1

DE102008062749A1 - Verfahren zur Reduzierung der Keimzahl der bei der Herstellung von lactosearmer oder lactosefreier Milch und verwandten Substanzen eingesetzten immobilisierten Enzyme

Info

Publication number: DE102008062749A1
Application number: DE200810062749
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Ing. Meyer; Hans-Peter Prof. Dr.-Ing. Ohlinger; Ulrich Prof. Dr. Hülsen; Regina Dipl.-Ing. Weißenborn
Original assignee: GEA TDS GmbH
Current assignee: GEA TDS GmbH
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2010-06-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Keimzahl der bei der Herstellung von lactosearmer oder lactosefreier Milch und verwandten Substanzen eingesetzten immobilisierten Enzyme, bei dem eine enzymatische Lactosehydrolyse durchgeführt wird, bei dem das zur Hydrolyse benötigte Enzym an ein unlösliches Trägermaterial gebunden ist und ein Immobilisat bildet, wobei die Bindung insbesondere auf Kügelchen oder Membranen oder innerhalb von porösen Systemen vorliegt, bei dem das Immobilisat einer Charge des zu hydrolysierenden Substrats beigemischt, nach erfolgter Reaktion auf einfache Weise aus dem Produkt (Spaltungsprodukte) abgetrennt und einer Wiederverwendung in einer Abfolge weiterer Chargen des zu hydrolysierenden Substrats im Rahmen eines Produktzyklus jeweils zugeführt oder über einen längeren Zeitraum in einem mit zu hydrolysierendem Substrat durchströmten Reaktor (Feed and Bleed) eingesetzt wird. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art eine Reduzierung der Keimzahl auf dem Immobilisat zu erreichen, wobei eine mehrfache und wirtschaftliche Wiederverwendbarkeit des Immobilisats sichergestellt ist. Dies wird durch die zeitlich aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte a) bis e) erreicht: a) Bei Überschreiten einer vorgegebenen Grenzkeimzahl (K*) im Produkt (P) wird ein keimbeladenes, mit Restprodukt (p) behaftetes Immobilisat (((T+C) + p)*) zur Entkeimung aus dem Produktzyklus (Z) abgetrennt; b) aus dem ...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Keimzahl der bei der Herstellung von lactosearmer oder lactosefreier Milch und verwandten Substanzen eingesetzten immobilisierten Enzyme, bei dem eine enzymatische Lactosehydrolyse durchgeführt wird, bei dem das zur Hydrolyse benötigte Enzym an ein unlösliches Trägermaterial gebunden ist und ein Immobilisat bildet, wobei die Bindung insbesondere auf Kügelchen oder Membranen oder innerhalb von grobporösen Systemen vorliegt, bei dem das Immobilisat einer Charge des zu hydrolysierenden Substrats beigemischt, nach erfolgter Reaktion auf einfache Weise, beispielsweise mittels Filtration oder Sedimentation, aus dem Produkt (Spaltungsprodukte) abgetrennt und einer Wiederverwendung in einer Abfolge weiterer Chargen des zu hydrolysierenden Substrats im Rahmen eines Produktzyklus jeweils zugeführt oder über einen längeren Zeitraum in einem mit zu hydrolysierendem Substrat kontinuierlich durchströmten Reaktor (Feed and Bleed) eingesetzt und, wie vorstehend beschrieben, weiter behandelt wird.
STAND DER TECHNIK
Es ist bekannt, dass zur Herstellung lactosereduzierter oder lactosefreier Produkte Lactase zur enzymatischen Spaltung der Lactose eingesetzt werden kann. Konsumiert werden diese Produkte vor allem von Menschen, die an einem Mangel an β-Galactosidase im Verdauungstrakt leiden. Dieser Mangel führt zur Lactosemalabsorption und Laktoseintoleranz, wobei erstere in einer reduzierten Lactoseabsorption auf Grund einer zu niedrigen β-Galactosidaseaktivität besteht und letztere vorliegt, wenn klinische Symptome nach Verzehr von Lactose auftreten. Eine weitere Einsatzmöglichkeit für lactosereduzierte Milch und verwandte Substanzen ist der Markt für kalorienreduzierte Produkte.
Bei der Lactosespaltung entsteht je ein Molekül D-Glucose und β-D-Galactose [TÖPEL, 2004, S. 99; [1] JEKLE; Lebensmitteltechnologisches Seminar, Lactosefreie und -reduzierte Milchprodukte, 2004]. Jedes dieser Moleküle hat eine größere Süßkraft als Lactose, so dass bei unverändertem Nährwert ein wesentlich süßeres Produkt hergestellt werden kann. Um eine nahezu vollständige Hydrolyse der Lactose zu gewährleisten, kann z. B. das Enzym β-Galactosidase bei der Produktion eingesetzt werden.
Der Zusatz der am häufigsten verwendeten β-Galactosidase erfolgt heute meist in Form von freien Lactasen entweder vor der eigentlichen Herstellung des Produktes oder während der Produktionsphase. Diese Verfahrensweise bringt die Nachteile hoher Enzymkosten mit sich, da die Hydrolysezeit begrenzt ist und das Enzym nicht abgetrennt und erneut verwendet werden kann. Um die Prozesskosten der Hydrolyse reduzieren zu können, wurden Verfahren entwickelt, bei denen das Enzym unmittelbar vor der Abfüllung zugegeben wird [1]. Man hat hierbei den Vorteil, dass die Distributionsphase als Hydrolysezeit genutzt werden kann und so geringere Enzymdosagen realisierbar sind. Das Problem der Widerverwendbarkeit kann mit diesem Verfahren jedoch nicht gelöst werden, und das Enzym liegt nach der Verpackung in aktivierter Form als Additiv im Lebensmittel (Produkt) vor.
Durch Einsatz von trägergebundenen, so genannten immobilisierten Lactasen ist die Möglichkeit der Wiederverwendbarkeit der aus dem Produkt leicht abtrennbaren immobilisierten Enzyme in darauf folgenden Chargen oder über einen längeren Zeitraum in einem mit zu hydrolysierendem Substrat kontinuierlich durchströmten Reaktor (Feed and Bleed) gegeben. Bei diesen Verfahren, die in der Druckschrift [1] in groben Zügen beschrieben sind, kann das zur Hydrolyse benötigte Enzym auf Oberflächen von Kügelchen oder Membranen, aber auch innerhalb grobporöser Systeme (Kugeln oder Membranen) gebunden und damit immobilisiert und in diesem Zustand in das zu hydrolysierende Substrat gegeben werden [s. hierzu auch KESSLER, 1996, S. 511]. Zur Reaktion muss das Substrat mit der Trägeroberfläche in Kontakt gebracht werden. Nach erfolgter Reaktion kann das Immobilisat auf einfache Weise mittels Filtration oder Sedimentation zurück gewonnen werden und steht für den Einsatz in einer neuen Charge oder für eine erneute kontinuierliche Reaktionsführung bereit. Die Immobilisierung erfolgt durch Bindung an ein unlösliches Trägermaterial, wobei die aktiven Zentren des Enzyms für das Substrat, je nach Beladung entweder vollständig oder etwas eingeschränkt, zur Verfügung stehen.
Infolge der Immobilisierung der zur Lactosespaltung eingesetzten Enzyme können diese, wie vorstehend angegeben, vollständig vom Produkt abgetrennt werden. Im Lebensmittel (Produkt) sind somit weder freie Enzyme noch die bei der Inaktivierungsreaktion der freien Enzyme entstehenden Verbindungen vorhanden. Auf Grund der vollständigen Abtrennbarkeit der Enzyme kann die Lactosespaltung zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit auch bei sehr hohen Enzymkonzentrationen in kurzer Zeit durchgeführt werden. Es ergibt sich durch die Immobilisierung eine deutliche Kostenreduzierung bei den infrage kommenden Verfahren.
Nachteilig bei diesen bekannten Verfahren ist die mit der Prozessdauer zunehmende Verkeimung des in der Herstellung teuren Immobilisates (Trägermaterial + Enzym), da es eine große Oberfläche für die Anlagerung von Keimen bietet und im Übrigen bei den in Frage kommenden Temperaturen der Prozessführung die Mikroorganismen nahezu ideale Wachstumsbedingungen in der zuckerhaltigen Enzymlösung vorfinden. Eine thermische Behandlung des Immobilisats mit dem Ziel einer Keimreduzierung ist nicht möglich, da bei den hierfür erforderlichen Temperaturen die Enzyme zerstört werden. An dieser Tatsache scheiterte bisher der wirtschaftliche Einsatz immobilisierter Enzyme.
Aus der DE 21 51 534 A1 ist bereits bekannt, das Enzym β-Galactosidase auf oder in Trägern, die in Form von Fasern ausgebildet sind, zu immobilisieren und diese Fasern in einer Kolonne anzuordnen, in der das lactosehaltige Substrat in kontinuierlicher Weise behandelt wird. Bereits bekannten mikrobiologischen Schwierigkeiten, wie beispielsweise mikrobieller Befall der Milch bzw. der Molke, begegnet das bekannte Verfahren dadurch, dass die Enzymreaktion durch Waschbehandlung mit Waschmitteln unterbrochen wird, wobei die Waschlösung mit einem Bakterizid versetzt ist. Als Bakterizid kommt ein quaternäres Ammoniumsalz zur Verwendung. Bei einem diesbezüglichen Verfahren ist die Sterilisati on der zum Einsatz kommenden Anlagen äußerst aufwendig, insbesondere im Hinblick darauf, dass bei Hitzebehandlung auch das verwendete Enzym geschädigt wird.
Auch bei zur enzymatischen Lactosespaltung zum Einsatz kommenden Membrandiffusionsreaktoren, die häufig als Hohlfaserreaktoren ausgebildet sind, besteht naturgemäß die Gefahr der mikrobiellen Infektion. Um letztere zu vermeiden, wurden bereits dampfsterilisierbare Reaktoren dieser Art vorgeschlagen. Allerdings sind diese Reaktoren so aufwendig und teuer, dass sie für industrielle Verfahren derzeit nicht in Frage kommen.
In der EP 1 158 860 B1 ist ein Verfahren zur enzymatischen Lactosespaltung in Membrandiffusionsreaktoren beschrieben, bei welchem als lactosespaltendes Enzym ein thermophiles Enzym oder ein Gemisch thermophiler Enzyme im Permeatraum verwendet wird und das Verfahren bei einer Temperatur zwischen 50°C und 85°C durchgeführt wird oder bei welchem als lactosespaltendes Enzym ein mesophiles Enzym oder ein Gemisch mesophiler Enzyme im Permeatraum verwendet wird und das Verfahren bei einer Temperatur von maximal 50°C durchgeführt wird, wobei das Permeat mindestens teilweise sterilfiltriert und/oder UV-Licht bestrahlt wird.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art eine Reduzierung der Keimzahl auf dem Immobilisat zu erreichen, wobei eine mehrfache und wirtschaftliche Wiederverwendbarkeit des Immobilisats sichergestellt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens gemäß der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der grundlegende erfinderische Lösungsgedanke besteht im Wesentlichen darin, dass, sobald eine zu hohe Keimzahl im Produkt festgestellt wird, das Immobilisat zur Entkeimung aus dem Produktzyklus abgetrennt und das Restprodukt aus dem abgetrennten Immobilisat mit Wasser oder Gas verdrängt wird. Sodann werden die Keime auf dem Immobilisat mit einem Ethanol-Wasser-Gemisch inaktiviert. Danach wird aus dem entkeimten Immobilisat das Ethanol-Wasser-Gemisch mittels Wasser, Gas oder Produkt verdrängt, und das derart behandelte Immobilisat wird zu seiner Wiederverwendung in den Produktzyklus der enzymatischen Lactosehydrolyse eingeschleust. Immobilisat, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglichst keimfrei aufbereitet wurde, kann nach der Entkeimung bis zur nächsten erforderlichen Entkeimung in der Regel für mehr als 40 Chargen im zugeordneten Produktzyklus oder über einen längeren Zeitraum in einem mit zu hydrolysierendem Substrat kontinuierlich durchströmten Reaktor (Feed and Bleed) eingesetzt werden. Die Möglichkeit zur Entkeimung des Immobilisates nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erlaubt im Vergleich zu bekannten Verfahren eine wirtschaftlichere Produktion, zumal aufgrund der Möglichkeit zur vollständigen Abtrennung der Immobilisate auch wesentlich höhere Enzymkonzentrationen möglich sind als beim Einsatz freier Enzyme. Durch das neue Verfahren zur Reduzierung der Keimzahl auf dem Immobilisat und den nachfolgend noch dargestellten vorteilhaften Ausgestaltungen dieses Verfahrens kann das im Vergleich zu freier Lactase teure Immobilisat (Enzym + Trägermaterial) so oft wieder verwendet werden, dass eine wirtschaftliche Produktion möglich ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte [a) bis e), Anspruch 1] so oft durchlaufen werden, bis die Aktivität des Immobilisats im Produktzyklus nicht mehr ausreicht. Die Aktivität der immobilisierten Enzyme kann bekanntlich bei der Keimreduzierung etwas abnehmen.
Um eine durch die Keimreduzierung ggf. bedingte Abnahme der Aktivität der Enzyme zu kompensieren oder graduell zu steuern, wird weiterhin vorgeschlagen, dass vor der Inaktivierung der Keime des keimbeladenen Immobilisats gemäß Verfahrensschritt c) ein Anteil aus dem keimbeladenen Immobilisat ausgeschleust und dieser Anteil durch einen entsprechenden Anteil frisches Immobilisat ersetzt wird.
Um die durch die Keimreduzierung ggf. bedingte Abnahme der Aktivität der Enzyme in annähernd gleicher Weise zu kompensieren oder graduell zu steuern, ist alternativ zur vorstehend vorgeschlagenen Verfahrensweise vorgesehen, dass nach der ein- oder mehrstufigen Inaktivierung der Keime des keimbeladenen Immobilisats gemäß Verfahrensschritt c) ein Anteil aus dem entkeimten Immobilisat ausgeschleust und dieser Anteil durch einen entsprechenden Anteil steriles, frisches Immobilisat ersetzt wird.
Zur Sicherstellung einer durchgängig keimfreien Aufbereitung der immobilisierten Enzyme ist weiterhin vorgesehen, dass zur Verdrängung des Ethanol-Wasser-Gemischs aus dem entkeimten Immobilisat steriles Wasser, steriles Gas oder steriles Produkt, bevorzugt pasteurisiertes, hochpasteurisiertes, ultrahocherhitztes, UV entkeimtes, steril filtriertes, hochdruckbehandeltes oder anderweitig sterilisiertes Produkt, eingesetzt wird.
Um die Entkeimung des Immobilisats zu intensivieren und zu optimieren, sieht ein weiterer Vorschlag vor, dass die Inaktivierung der Keime mittels des Ethanol-Wasser-Gemischs mehrfach, in einer vorgegebenen Anzahl n Stufen, durchgeführt wird. Es hat sich weiterhin als besonders wirkungsvoll gezeigt, wenn zur Entkeimung des Immobilisats ein Ethanol-Wasser-Gemisch mit mehr als 15% Ethanol verwendet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht weiterhin vor, dass zur enzymatischen Lactosehydrolyse als Enzym z. B. β-Galactosidase eingesetzt wird. Hierbei wird, wie dies ein weiterer Vorschlag vorsieht, die trägergebundene enzymatische Lactosehydrolyse bei im Vergleich zu freien Enzymen sehr hohen Enzymkonzentrationen durchgeführt, wodurch höhere Reaktionsgeschwindigkeiten erzielt werden Hinsichtlich der Temperaturführung der enzymatische Lactosehydrolyse mit immobilisierten Enzymen sieht eine Ausgestaltung des Verfahrens vor, dass die Hydrolyse im Temperaturbereich zwischen 10°C und 45°C durchgeführt wird.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens schlägt vor, die enzymatische Lactosehydrolyse mit immobilisierten Enzymen bei für die Enzyme sehr niedrigen Temperaturen unter 10°C durchzuführen.
Alternativ hierzu ist vorgesehen, dass die enzymatische Lactosehydrolyse mit immobilisierten, thermostabilen Enzymen bei sehr hohen Temperaturen, bevorzugt weit oberhalb 45°C, durchgeführt wird. Durch die beiden vorstehend alternativ angegebenen Temperaturführungen wird die Verkeimung des Immobilisats so stark reduziert, dass das Immobilisat bis zur erforderlichen Keimreduzierung weit mehr als 40 mal eingesetzt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren findet vorteilhaft Verwendung für Substrate wie

• Vollmilch oder ähnliche Substanzen mit reduziertem Fettgehalt bis hin zu Magermilch oder fettfreien Substanzen;
• Milch- und/oder Molkepermeate oder andere lactosehaltige Stoffe;
• Milch- und/oder Molkeretentate oder andere lactosehaltige Stoffe.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Während das erfindungsgemäße Verfahren in den verschiedensten Ausgestaltungen realisierbar ist, wird in der einzigen 1 der Zeichnung das besonders bevorzugte Ausführungsbeispiel gezeigt und nachfolgend beschrieben unter der Voraussetzung, dass dieses nur ein Beispiel für die Erfindung darstellt, nicht aber die Erfindung auf dieses speziell dargestellte Beispiel beschränkt ist. Es zeigt
1 in Form einer schematischen Darstellung (Blockschaltbild) zum Einen im Stand der Technik bekannte gattungsgemäße Verfahren (strichpunktierter Bereich I) und zum Anderen in einem Bereich II das Verfahren gemäß der Erfindung mit vorteilhaften Ausgestaltungen (gestrichelt und/oder gepunktet dargestellte Verfahrensschritte).
BESCHREIBUNG
Ein lactosehaltiges Substrat S (1) wird einem Produktzyklus Z (strichpunktierter Bereich I; Stand der Technik) entweder chargenweise oder kontinuierlich zugeführt. Bei dem Substrat S kann es sich beispielsweise um Vollmilch oder ähnliche Substanzen mit reduziertem Fettgehalt bis hin zu Magermilch oder fettfreien Substanzen, um Milch- und/oder Molkepermeate oder andere lactosehaltige Stoffe dieser Art oder um Milch- und/oder Molkeretentate oder andere lactosehaltige Stoffe dieser Art handeln. Die enzymatische Hydrolyse (Spaltung) der im Substrat S enthaltenen Lactose erfolgt unter Einwirkung eines Enzyms C, das an ein unlösliches Trägermaterial T gebunden ist. Trägermaterial T und Enzym C bilden ein sog. Immobilisat (T + C). Die Bindung liegt insbesondere auf Kügelchen oder Membranen oder innerhalb grobporöser Systeme vor.
Zur Reaktion muss das Substrat S an die Trägeroberfläche des Immobilisats (T + C) herangeführt und mit dieser in Kontakt gebracht werden, und die Reaktionspartner bilden ein Gemenge S + (T + C) (Block [S + (T + C)]). Wird zum Beispiel als Enzym C das Enzym β-Galactosidase eingesetzt, dann entstehen aus der Lactose ein Spaltungsprodukt A (D-Glucose) und ein Spaltungsprodukt B (β-D-Galactose), die ein Produkt P = A + B bilden, wobei das Immobilisat (T + C) unverändert Bestandteil des Produkts P bleibt (Block [A + B + (T + C)]). Das Immobilisat (T + C) wird aus dem Produkt P bzw. den Spaltungsprodukten A, B beispielsweise mittels Filtration oder Sedimentation F abgetrennt und es wird, zusammen mit einem an ihm anhaftenden Restprodukt p, im Rahmen des Produktzyklus Z wiederverwendet und einem in einer nächsten Charge oder im Zuge einer kontinuierlichen Reaktionsführung (z. B. kontinuierlich durchströmter Reaktor (Feed and Bleed)) zu spaltenden Substrat S zugeführt ((T + C) + p). Somit ist bezüglich des mit Restprodukt p behafteten Immobilisats (T + C) + p der Kreislauf geschlossen und damit die Wiederverwendung des Immobilisats gezeigt. Das Produkt P wird aus dem Produktzyklus Z als Endprodukt oder zur Weiterverarbeitung abgeführt. Die vorstehend beschriebene Verfahrensweise erfolgt so lange, wie eine im Produkt P zu ermittelnde Keimzahl K eine vorgegebene Grenzkeimzahl K* nicht erreicht oder überschreitet (Bedingung: K < K*; verkeimte Substanzen sind nachfolgend stets mit (*) gekennzeichnet).
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist durch die in 1 dargestellten Verfahrensschritte a) bis e) gekennzeichnet (Bereich II).

• Sobald eine zu hohe Keimzahl K in einem keimbeladenen Produkt P* festgestellt wird, wobei dieser Sachverhalt bei Erreichen oder Überschreiten der vorgegebenen Grenzkeimzahl K* vorliegt (Bedingung: K ≥ K*), wird ein keimbeladenes, mit Restprodukt p behaftetes Immobilisat ((T + C) + p)* zur Entkeimung aus dem Produktzyklus Z abgetrennt (Verfahrensschritt a)).
• Danach wird aus dem gemäß Verfahrensschritt a) abgetrennten Immobilisat ((T + C) + p)* das Restprodukt p mit Wasser W oder Gas G verdrängt (Verfahrensschritt b); Block b)).
• Die Keime K auf dem gemäß Verfahrensschritt b) verbleibenden keimbeladenen Immobilisat (T + C)* werden mit einem Ethanol-Wasser-Gemisch (E-W) inaktiviert (Verfahrensschritt c); Block c)).
• Anschließend wird das Ethanol-Wasser-Gemisch E-W aus dem gemäß Verfahrensschritt c) entkeimten Immobilisat (T + C)/E-W mit Wasser W, Gas G oder Produkt P bis unter die Nachweisgrenze für Ethanol E verdrängt (Verfahrensschritt d); Block d)).
• Alsdann wird das gemäß Verfahrensschritt d) entkeimte Immobilisat (T + C) in den Produktzyklus Z der enzymatischen Lactosehydrolyse eingeschleust (Verfahrensschritt e)).

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens gemäß der Erfindung bestehen, wie folgt, darin, dass

• die Verfahrensschritte a) bis e) so oft durchlaufen werden, bis die Aktivität des Immobilisats (T + C) im Produktzyklus Z nicht mehr ausreicht;
• im Verfahrensschritt d) steriles Wasser W', steriles Gas G' oder ein steriles Produkt P', bevorzugt pasteurisiertes, hochpasteurisiertes, ultrahocherhitz tes, UV entkeimtes, steril filtriertes, hochdruckbehandeltes oder anderweitig sterilisiertes Produkt P', eingesetzt wird;
• die Inaktivierung der Keime K auf dem keimbeladenen Immobilisat (T + C)* mehrfach, in einer Anzahl n Stufen (c); oder alternativ c₁, c₂, ..., c_i, ..., c_n), durchgeführt wird (ggf. zusätzliche Verfahrensschritte c₂) bis c_n));
• vor der Inaktivierung der Keime K des keimbeladenen Immobilisats (T + C)* gemäß Verfahrensschritt c), d. h. nach dem Verfahrensschritt b), ein Anteil a aus dem keimbeladenen Immobilisat (T + C)* ausgeschleust und dieser Anteil a(T + C)* durch einen entsprechenden Anteil frisches Immobilisat a(T + C) ersetzt wird. Im Prozess befindet sich danach eine Gesamtmenge Immobilisat (1 – a)(T + C)* + a(T + C), die aus dem verbleibenden Anteil (1 – a) des keimbeladenen Immobilisats (T + C)* und einem Anteil a des eingeschleusten, frischen Immobilisats (T + C) besteht oder alternativ
• nach der Inaktivierung der Keime K des keimbeladenen Immobilisats ((T + C)*) gemäß Verfahrensschritt c), bei mehrstufiger Inaktivierung in jedem Falle vor Verfahrensschritt d), ein Anteil a aus dem entkeimten Immobilisat (T + C) ausgeschleust und dieser Anteil a(T + C) durch einen entsprechenden Anteil steriles, frisches Immobilisat a(T + C)' ersetzt wird. Im Prozess befindet sich danach eine Gesamtmenge Immobilisat (1 – a)(T + C) + a(T + C)', die aus dem verbleibenden Anteil (1 – a) des entkeimten Immobilisats (T + C) und einem Anteil a des eingeschleusten, sterilen, frischen Immobilisats (T + C)' besteht.
• ein Ethanol-Wasser-Gemisch E-W mit mehr als 15% Ethanol E verwendet wird;
• dass als Enzym C β-Galactosidase eingesetzt wird;
• dass die trägergebundene enzymatische Lactosehydrolyse bei im Vergleich zu freien Enzymen C sehr hohen Enzymkonzentrationen durchgeführt wird;
• dass die enzymatische Lactosehydrolyse mit immobilisierten Enzymen C im Temperaturbereich zwischen 10°C und 45°C durchgeführt wird;
• dass die enzymatische Lactosehydrolyse mit immobilisierten Enzymen C bei für die Enzyme sehr niedrigen Temperaturen unter 10°C durchgeführt wird;
• dass die enzymatische Lactosehydrolyse mit immobilisierten, thermostabilen Enzymen C bei sehr hohen Temperaturen, bevorzugt weit oberhalb 45°C, durchgeführt wird.

Aus dem oben Genannten wird verständlich, dass verschiedene Modifikationen und Ausgestaltungen des Verfahrens realisiert werden können, ohne vom Geist und dem neuen Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Dies ist so zu verstehen, dass keine Beschränkung auf die speziellen Ausgestaltungen beabsichtigt ist, welche hier illustriert worden sind. Die Offenbarung soll alle solchen Abwandlungen umfassen, die sich innerhalb des von den Ansprüchen beanspruchten Schutzbereichs befinden.

A: D-Glucose
B: β-D-Galactose
C: Enzym (z. B. β-Galactosidase)
(T + C): Immobilisat (Trägermaterial T und Enzym C, z. B β-D-Galactosidase)
(T + C)': steriles, frisches Immobilisat
(T + C)*: keimbeladenes Immobilisat
E: Ethanol
E-W: Ethanol-Wasser-Gemisch
F: Filtration; Sedimentation
G: Gas (z. B. Sterilluft, Stickstoff)
G': steriles Gas
K: Keimzahl
K*: Grenzkeimzahl
P: Produkt
P*: keimbeladenes Produkt
P': steriles Produkt (pasteurisiert; hochpasteurisiert; ultrahocherhitzt; hochdruckbehandelt)
S: Substrat (lactosehaltige Substanzen, Stoffe)
T: Trägermaterial (Kügelchen, Membranen, poröse Substanzen)
W: Wasser
W': steriles Wasser
Z: Produktzyklus
a: Anteil des ausgeschleusten, keimbeladenen Immobilisats
n: Anzahl der Stufen i = 1 bis n im Rahmen des Verfahrensschrittes c) (c); oder alternativ c₁, c₂, ..., c_i, ..., c_n)
p: Restprodukt
I: Verfahren nach dem Stand der Technik
II: erfindungsgemäßes Verfahren
S + (T + C): Gemenge aus Substrat S und Immobilisat (T + C)
A + B + (T + C): Spaltungsprodukte A, B und Immobilisat (T + C)
(T + C) + p: Immobilisat (T + C) und anhaftendes Restprodukt p
((T + C) + p)*: keimbeladenes Immobilisat (T + C) und keimbeladenes anhaftendes Restprodukt p
a(T + C): Anteil a des eingeschleusten, frischen Immobilisats (T + C) oder Anteil des ausgeschleusten, entkeimten Immobilisats (T + C)
a(T + C)': Anteil a des eingeschleusten, sterilen, frischen Immobilisats (T + C)'
a(T + C)*: Anteil a des ausgeschleusten, keimbeladenen Immobilisats (T + C)*
(1 – a)(T + C)*: verbleibender Anteil (1 – a) des keimbeladenen Immobilisats (T + C)*
(1 – a)(T + C)* + a(T + C): Gesamtmenge Immobilisat, bestehend aus einem verbleibenden Anteil (1 – a) des keimbeladenen Immobilisats (T + C)* und einem Anteil a des eingeschleusten, frischen Immobilisats (T + C)
(1 – a)(T + C) + a(T + C)': Gesamtmenge Immobilisat, bestehend aus einem verbleibenden Anteil (1 – a) des entkeimten Immobilisats (T + C) und einem Anteil a des eingeschleusten, sterilen, frischen Immobilisats (T + C)'
(T + C)/E-W: mit einem Ethanol-Wasser-Gemisch befrachtetes, entkeimtes Immobilisat (T + C)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 2151534 A1 [0008]
- EP 1158860 B1 [0010]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- TÖPEL, 2004, S. 99 [0003]
- JEKLE; Lebensmitteltechnologisches Seminar, Lactosefreie und -reduzierte Milchprodukte, 2004 [0003]
- KESSLER, 1996, S. 511 [0005]

Claims

Verfahren zur Reduzierung der Keimzahl der bei der Herstellung von lactosearmer oder lactosefreier Milch und verwandten Substanzen (P) eingesetzten immobilisierten Enzyme (C), bei dem eine enzymatische Lactosehydrolyse durchgeführt wird, bei dem das zur Hydrolyse benötigte Enzym (C) an ein unlösliches Trägermaterial (T) gebunden ist und ein Immobilisat ((T + C)) bildet, wobei die Bindung insbesondere auf Kügelchen oder Membranen oder innerhalb von grobporösen Systemen vorliegt, bei dem das Immobilisat ((T + C)) einer Charge des zu hydrolysierenden Substrats (S) beigemischt, nach erfolgter Reaktion aus dem Produkt (P) (Spaltungsprodukte (A + B)) abgetrennt und einer Wiederverwendung in einer Abfolge weiterer Chargen des zu hydrolysierenden Substrats (S) im Rahmen eines Produktzyklus (Z) jeweils zugeführt oder über einen längeren Zeitraum in einem mit zu hydrolysierendem Substrat kontinuierlich durchströmten Reaktor (Feed and Bleed) eingesetzt wird, gekennzeichnet durch die zeitlich aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte a) bis e): a) bei Überschreiten einer vorgegebenen Grenzkeimzahl (K*) im Produkt (P) wird ein keimbeladenes, mit Restprodukt (p) behaftetes Immobilisat (((T + C) + p)*) zur Entkeimung aus dem Produktzyklus (Z) abgetrennt; b) aus dem gemäß Verfahrensschritt a) abgetrennten Immobilisat (((T + C) + p)*) wird das Restprodukt (p) mit Wasser (W) oder Gas (G) verdrängt; c) die Keime (K) auf dem gemäß Verfahrensschritt b) verbleibenden Immobilisat ((T + C)*) werden mit einem Ethanol-Wasser-Gemisch (E-W) inaktiviert; d) das Ethanol-Wasser-Gemisch (E-W) wird aus dem gemäß Verfahrensschritt c) entkeimten Immobilisat ((T + C)/E-W) mit Wasser, Gas oder Produkt (W, G, P; W', G', P') bis unter die Nachweisgrenze für Ethanol (E) verdrängt; e) das gemäß Verfahrensschritt d) entkeimte Immobilisat (T + C) wird in den Produktzyklus (Z) der enzymatischen Lactosehydrolyse eingeschleust.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte a) bis e) so oft durchlaufen werden, bis die Aktivität des Immobilisats (T + C) im Produktzyklus (Z) nicht mehr ausreicht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt (d)) steriles Wasser (W'), steriles Gas (G') oder steriles Produkt (P'), bevorzugt pasteurisiertes, hochpasteurisiertes, ultrahocherhitztes, UV entkeimtes, steril filtriertes, hochdruckbehandeltes oder anderweitig sterilisiertes Produkt (P'), eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Inaktivierung der Keime (K) auf dem keimbeladenen Immobilisat ((T + C)*) mehrfach, in einer Anzahl n Stufen (c); c₁), c₂), ..., c_i), ..., c_n)), durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ethanol-Wasser-Gemisch (E-W) mit mehr als 15% Ethanol (E) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Inaktivierung der Keime (K) des keimbeladenen Immobilisats ((T + C)*) gemäß Verfahrensschritt (c)) ein Anteil (a) aus dem keimbeladenen Immobilisat ((T + C)*) ausgeschleust und dieser Anteil (a(T + C)*) durch einen entsprechenden Anteil frisches Immobilisat (a(T + C)) ersetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Inaktivierung der Keime (K) des keimbeladenen Immobilisats ((T + C)*) gemäß Verfahrensschritt (c)) ein Anteil (a) aus dem entkeimten Immobilisat ((T + C)) ausgeschleust und dieser Anteil (a(T + C)) durch einen entsprechenden Anteil steriles, frisches Immobilisat (a(T + C)') ersetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Enzym (C) β-Galactosidase eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die trägergebundene enzymatische Lactosehydrolyse bei im Vergleich zu freien Enzymen (C) sehr hohen Enzymkonzentrationen durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die enzymatische Lactosehydrolyse mit immobilisierten Enzymen (C) im Temperaturbereich zwischen 10°C und 45°C durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die enzymatische Lactosehydrolyse mit immobilisierten Enzymen (C) bei für die Enzyme sehr niedrigen Temperaturen unter 10°C durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die enzymatische Lactosehydrolyse mit immobilisierten, thermostabilen Enzymen (C) bei sehr hohen Temperaturen, bevorzugt weit oberhalb 45°C, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat (S) Vollmilch oder ähnliche Substanzen mit reduziertem Fettgehalt bis hin zu Magermilch oder fettfreien Substanzen eingesetzt wird/werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat (S) Milch- und/oder Molkepermeate oder andere lactosehaltige Stoffe eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat (S) Milch- und/oder Molkeretentate oder andere lactosehaltige Stoffe eingesetzt werden.