DE1517810B2 - Verfahren zur Herstellung von hochwertigen Maltosesirup - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von hochwertigen Maltosesirup

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von hochwertigem Maltosesirup unter Verzuckerung einer sauer oder enzymatisch verflüssigten Stärkelösung.
Für die Verzuckerung von Stärke im wesentlichen durch Hydrolyse sind zwei Verfahren bekannt, nämlich die Verzuckerung unter Verwendung von Säure oder unter Verwendung von Malz.
Das bei der Säureverzuckerung erhaltene Produkt enthält Dextrose, Maltose, andere Oligosaccharide und Dextrin. Bei der Verzuckerung unter Verwendung von Malz als Enzymquelle wird Malz (gekeimte Gerste) roh oder getrocknet verwendet. Diese Enzymquelle enthält a-Amylase und /J-Amylase. Das bei der Verwendung von Malz erhaltene verzuckerte Produkt enthält hauptsächlich Maltose und eine kleine Menge an Dextrose und unterscheidet sich beträchtlich von dem Produkt, das bei der Säureverzuckerung der Stärke erhalten wird, und zwar hinsichtlich seiner Eigenschaften und hinsichtlich seines Geschmacks. Darüber hinaus ist das erhaltene Produkt trübe, gefärbt, weist einen unangenehmen Geruch auf und läßt sich schwer reinigen, da auch die Behandlung mit größeren Mengen an Aktivkohle und Ionenaustauschern kein klares Produkt ergibt und die Filtration schwierig und verlustreich ist.
Es besteht daher ein Bedürfnis an einem Verfahren, bei dem durch einfache Reinigungsoperationen, wie z. B. Behandlung mit geringen Mengen Aktivkohle und gegebenenfalls mit Ionenaustauschern und Filtrieren, ungefärbte, klare, nicht unangenehm riechende Produkte erhalten werden.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von hochwertigem Maltosesirup unter Verzuckerung einer sauer oder enzymatisch verflüssigten Stärkelösung mit dem Kennzeichen, daß man die Verzuckerung mit einer durch Extrahieren von Weizenkleie mit Wasser bei einer Temperatur von 20 bis 400C erhaltenen ß-Amylse durchführt.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete /S-Amylase selektiv aus der an a-Amylase reichen Weizenkleie isoliert werden kann. Dabei ist es von entscheidender Bedeutung, daß in dem erfindungsgemäßen Verfahren reine /?-Amylase verwendet wird, denn wenn diese mit a-Amylase verunreinigt ist, so entstehen Nebenprodukte, die von dem gewünschten Maltosesirup (dem verzuckerten Produkt) nur schwer abzutrennen sind und darüber hinaus trübe und gefärbt sind und einen unerwünschten Geruch aufweisen.
Wenn dagegen die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete /?-Amylase auf jene Art und Weise hergestellt worden ist, wie es vor dem Beispiel 1 beschrieben wurde, so ist sie frei von a-Amylase. Das durch diese /3-Amylase erhaltene verzuckerte Produkt ist infolgedessen auch frei von den obenerwähnten Nebenprodukten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das erfindungsgemäß verwendete Enzym auf einfache Art und Weise aus dem Abfallmaterial Weizenkleie gewonnen werden kann.
Aus der belgischen Patentschrift 644 301 ist zwar schon bekannt, aus einer verflüssigten Stärkelösung einen Sirup mit einem Maltosegehalt von etwa 20 bis 70% herzustellen; die Verzuckerung wird jedoch mit Hilfe von bakterieller Amylase und nicht mit aus Weizenkleie extrahierter /3-Amylase durchgeführt.
Dieser belgischen Patentschrift 644 301 läßt sich jedoch lediglich die Lehre entnehmen, daß zur Stärkeverzuckerung Takamine H. T. verwendet werden kann, das aus einem Fungus, nämlich aus Aspergillus oryzae, gewonnen wird, und daß Enzyme verwendet werden können, die aus einem Bacterium, nämlich Bacillus subtilis, isoliert werden, d. h. also, daß die in diesem Verfahren verwendeten- Enzyme von Mikroorganismen, beispielsweise einem Fungus (A. oryzae) und einem Bacterium (B. subtilis) stammen. Es ist aber dem Fachmann allgemein bekannt, daß Mikroorganismen, wie z. B. Fungi, Bakterien und Hefe, keine ^-Amylase produzieren können, sondern daß /3-Amylase nur in Tieren und höheren Pflanzen vorkommt. Die in Mikroorganismen vorkommenden Amylasen und die in höheren Organismen vorkommende /3-Amylase sind aber hinsichtlich ihres Aufbaues und hinsichtlich ihrer Wirkung völlig voneinander verschieden.
Es ist auch schon aus verschiedenen Literaturstellen bekannt gewesen, daß /S-Amylase in Weizenkörnern, Malzschrot und Malzmehl enthalten ist. Aus Chemical Abstracts, 46, 4135 a bis 4135 c, war zwar bereits bekannt, daß Weizenkleie reich an Amylase ist; es handelt sich dabei jedoch in erster Linie um a-Amylse.
In* einem Versuch wurde die Weizenkleie mit Wasser, ohne vorausgehende Pasteurisierung, behandelt und diese extrahierte Lösung geprüft. Die Lösung enthielt eine große Menge /S-Amylase. Es wurde hierbei festgestellt, daß die erhaltene Menge ungefähr der Hälfte der in Malz enthaltenen /S-Amylse entsprach.
Je 500 g verschiedener Weizenkleiearten wurden mit der vierfachen Wassermenge bei 400C I1I2 Stunden gewässert und zentrifugiert. Die Ergebnisse der Untersuchungen bezüglich der /3-Amylaseaktivität bei diesen extrahierten Lösungen sind in der Tabelle I angegeben.
. . . .. . Tabelle I
Stärke- Gesamt Aktivität
Weizenkleie -wert stick /S-Amy-
als Rohmaterial % stoff laseein-
% heiten/g
Kanadischer Weizen*)
und amerikanischer 41 ■
Weizen**) (1:) 41,6 2,39 274
Kanadischer Weizen A 41,3 2,55 243
Kanadischer Weizen B 41,7 2,55 319
Kanadischer Weizen C 41,6 2,85 448
Kanadischer Weizen E 3,4 441
*) Manitoba Weizen.
**) Hard Winter; Western White.
Die jS-Amylaseaktivität wurde wie folgt ermittelt:
1 %ige lösliche Stärkelösung 5 ml
m/10 Essigsäurepufferlösung: pH 5,0 4 ml
. Enzymlösung 1 ml
Die gemischte Lösung der oben angegebenen Zusammensetzung wurde 30 Minuten bei 4O0C gehalten, wobei der dadurch erhaltene reduzierte Zucker quantitativ als Maltose bestimmt wurde. Der Enzymwert für die Zeit zur Herstellung von 10 mg Glucose wurde als 1 Verzuckerungseinheit bezeichnet.
Aus der Tabelle I ist zu ersehen, daß die Aktivitätswerte der /J-Amylase beträchtlich in dem weiten Bereich der Weizenkleiearten wechseln, daß sie aber annähernd gleich sind der Hälfte von denen der MaIzamylase. Weiterhin wurden die Enzymeigenschaften dieser Extraktlösungen untersucht und die Ergebnisse in Tabelle II festgehalten. Daraus ist zu ersehen, daß die Abbaukraft derselben von Dextrin zu Maltose stark ist, jedoch das Abbauvermögen von Stärke zu Dextrin vollständig fehlt. Die Enzymeigenschaften der durch Extrahieren von Weizenkleie erhaltenen ß-Amylase sind daher in dieser Hinsicht unterschiedlich von einem Malzenzym. Darüber hinaus hat dieses Enzym nicht die Abbaueigenschaft von Maltose zu Glucose, so daß die Eigenschaften unterschiedlich sind von einer Glucoamylase und einer Hauptkomponente der /S-Amylase zugesprochen werden können.
Tabelle II
Saccharogene Aktivität 95,8 Einh./ml
Dextrinogene Aktivität 0,53 Einh./ml
Maltase-Aktivität 0,14 Einh./ml
Die Einheiten in Tabellen wurden wie folgt bestimmt:
Saccharogene Aktivität
1 % lösliche Stärke 5 ml
m/10 Essigsäurepufferlösung 4 ml
Enzymlösung 1 ml
Die Reaktionslösung der vorausgehenden Zusammensetzung wurde bei 40°C 30 Minuten gehalten. Nach dem Fehling-Lehmann-Schoorl-Verfahren wurde der reduzierende Zucker quantitativ als Glucose analysiert.
Die Bildung von 10 mg Glucose wird als eine saccharogene Aktivitätseinheit bezeichnet.
Dextrinogene Aktivität
von 10 Minuten bei dieser Behandlung wurde als 1 Einheit der dextrinogenen Aktivität bestimmt.
Maltase-Aktivität
1 % Maltoselösung 5 ml
m/10 Essigsäurepufferlösung, pH 4,5 .. 4 ml
Enzymlösung 1 ml
Die bezeichnete Reaktionslösung wurde bei 400C ίο 30 Minuten gehalten und der reduzierte Zucker quantitativ analysiert.
Die enzymatische Aktivität, durch die unter den Reaktionsbedingungen 10 mg Glukose erhalten werden, wurde als Einheit genommen.
Herstellung der erfindungsgemäß zu verwendenden
jS-Amylase
Zu 500 g Weizenkleie aus Kanadischem Weizen
wurde die vierfache Menge warmes Wasser bei 40° C zugegeben und die erhaltene Lösung ausgelaugt und dann zentrifugiert, wodurch, 890 g Extraktrückstand und 1550 ml Extraktfiüssigkeit (Trockensubstanz 89,7 g, Enzymaktivität S. A. 105 Einheit/ml, .gemessen wie -in Tabelle II angegeben,) erhalten wurden.
Beispiel 1
Zu einer emulgierten, raffinierten Stärkelösung aus süßen Kartoffeln mit dem spezifischen Gewicht von 1,15 wurden 0,4% Oxalsäure zugegeben. Das sich ergebende Gemisch wurde in eine verflüssigte Lösung mit 25 D. Ä. (Dextrose-Äquivalente) unter atmosphärischem Druck von 15 Minuten Dauer umgewandelt. Diese verflüssigte Lösung wurde mit Calciumcarbonat auf pH 5,2 neutralisiert und die oben bezeichnete Enzymlösung mit 2 Einheiten/g Stärke zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verzuckerung zugegeben, die bei pH 5 bei 55° C und 24 Stunden lang durchgeführt wurde. Eine verzuckerte Lösung mit 51 D. Ä. wurde erhalten. Diese Lösung wurde durch aktive Kohle entfärbt und dann durch ein Ionenaustauscherharz (Schutzmarke: Amberlite, IR-128, IR-68 und IR-120, IR-411 im Gemisch) gereinigt. Es wurde auf diese Weise eine geklärte, verzuckerte Lösung hoher Reinheit, mit einer großen Menge färbloser Maltose, erhalten.
Die Analysenergebnisse der verzuckerten Lösung waren:
55
Eine Reaktionslösung mit der gleichen Zusammensetzung wie im Falle der Bestimmung der saccharogenen Aktivität wurde bei 400C 30 Minuten gehalten und dann 0,5 ml der sich ergebenden Lösung gesammelt und in ein Colorimeterrohr (Innendurchmesser: 9 mm) eingebracht. Dann wurden 0,5 ml 0,001 n-Jodlösung zu 0,5 ml der zu untersuchenden Lösung zugegeben. Die Zeit, bis die Farbanzeige von Jod mit der Standard-Jodlösung (0,1 n) übereinstimmt, wurde gemessen.
Die Enzymwirksamkeit der Überführung der Reaktionslösung in die Jod-Standardfarbe im Zeitraum
D.Ä. Photo-Absorpt. Elektr. spezifischer ... Glu Mal MaI- Tetra- Dex
(Dextrose- bei40%iger Widerstand bei cose tose triose ose trin
Äquivalent) Lösung—logT 40 %iger Lösung
50 0,01 50 · 104Ωαη
Zusammensetzung der Zuckerkomponenten:
7 47 17 5 24
Hochwertiger
Maltosesirup, her
gestellt nach dem
vorliegenden Ver 26 17 13 10 34
fahren D. Ä. 50
Getreidesirup, her
gestellt durch
Säureverzucke
rung D. Ä. 50
Beispiel 2
Verzuckerung
0,2% (im Verhältnis zur Stärkeeinheit) verfeinerte, verflüssigte oc-Amylose wurden der gereinigten Stärkeemulsion von süßen Kartoffeln, 1,15% spezifisches Gewicht, zugegeben. Das sich ergebende Gemisch wurde auf pH 6,0 eingestellt und schnell bei einer Temperatur von 80 bis 900C zur Verflüssigung erhitzt. Man ließ die Reaktion 20 Minuten bei 85° C erfolgen. Das Abbauverhältnis (D. Ä.) liegt im Bereich von 20 bis 25 %. Die verflüssigte Lösung wurde auf eine Temperatur von 60 bis 500C gekühlt, verzuckert und wie im Beispiel 1 gereinigt.
Reinigung
Der Filterungsversuch wurde bei der obigen verzuckerten Lösung durchgeführt. Aus Vergleichsgründen wurde mit Malz verzuckerte Stärke ver- ao wendet.
Den so erhaltenen Sirup zu filtern war schwierig, und es war nicht möglich, eine Reinigung, Entfärbung und Filterung durchzuführen, so daß kein gereinigtes Produkt erhalten werden konnte.
Maximaler Durchschnitt!.
Filterungs Menge an
druck Durchlauf
kg/cms l/m2 Std.
Malzverzuckerte
Flüssigkeit 5,5 300
Verzuckerte Flüssig
keit durch das vor
liegende Enzym .. 4,5 1 500
Zusammensetzung der Zuckerbestandteile in der vorliegenden verzuckerten Lösung war wie folgt:
15
Glucose
- %		 Maltose
" %		 Malttriose
%		 MaIt-
tetraose
%		 Dextrin
%
5. 49 19 5 22
Der elektrische spezifische Widerstand und die Photo-Adsorption wurden wie im Beispiel 1 durchgeführt.
Das Verfahren der Behandlung der verzuckerten Lösung war dem im Beispiel 1 ähnlich.

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zur Herstellung von hochwertigem Maltosesirup unter Verzuckerung einer sauer oder enzymatisch verflüssigten Stärkelösung, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verzuckerung mit einer durch Extrahieren von Weizenkleie mit Wasser bei einer Temperatur von 20 bis 400C erhaltenen /J-Amylase durchführt.
    IO
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