DE1567331A1 - Verfahren zur Herstellung von Produkten mit hohem Maltosegehalt und die dadurch hergestellten Produkte - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Produkten mit hohem Maltosegehalt und die dadurch hergestellten Produkte

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DE1567331A1 DE1967C0044245 DEC0044245A DE1567331A1 DE 1567331 A1 DE1567331 A1 DE 1567331A1 DE 1967C0044245 DE1967C0044245 DE 1967C0044245 DE C0044245 A DEC0044245 A DE C0044245A DE 1567331 A1 DE1567331 A1 DE 1567331A1
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Description

Verfahren zur Herstellung von Produkten mit hohem Maltosegehalt und die dadurch hergestellten Produkte.
Priorität: USA-Patentanmeldung Nr. 6O4 559 vom 27.Dezember I966
Die Erfindung befasst sich mit einem verbesserten Verfahren zur Konversion einer partiell hydrolysieren Stärke mit dem ^iel, Konversionsprodukte mit einem hohen Gehalt an Maltose zu erhalten· Insbesondere befasst $ich die Erfindung mit einem Verfahren zur Herstellung von Konversionsprodukten mit hohem Maltosegehalt aus einer partiell hydrolysieren Stärke unter Anwendung äax kombinierten hydrolyaierenden Wirkung von (ν, maltogenen (=maltosebildenden) Enzymen und Enzymen, welche die Verzweigungen der Stärke abbauen.
Maltose ist ein süß-achmeckendes Disaccharide während Dextrose ein süßes Monosaccharid ist. Maltose und Dextrosf sind reduzierende Zucker. Ihre Sirupe enthalten unvermeid
lieh aiidere Zucker. Sirupe mit hohem Gehalt an Maltose
sind wertvoll in vielen Anwendungen, weil sie im
/
Vergleich mit Maisstärke-Sirupen mit hohem Gehalt an Dextrose eine verminderte Neigung zur Kristallisation sseigen und nicht zur Feuchtigkeitsaufnahme neigen.
Die Sirupe, welche einen hohen Maltosegehalt aufweisen, wurden bisher industriell durch Verzuckerung von Stärke und Stärkehydrolysaten mit Malz-Enzymen hergestellt. Die konvertierende Wirkung von Malz.Enzymen führt zur Bildung eines Konversionsproduktes, in welchem Maltose der mengenmässig überwiegende Zucker ist. Ein typisches bekanntes Verfahren zur Herstellung eines maltosereichen Sirups umfasst Verflüssigung der Stärke mit nachfolgender Behandlung mit Malz-Enzymen mit dem Ziel, die löslich gemachte Stärke zu verzuckern und ein Stärkehydrolysat mit hohem Maltosegehalt zu erhalten. Geeignete Enzyme für diesen Verzuckerungsprozess waren primär auf Malz-Enzyme begrenzt. Die Verzuckerung oder Konversion des Stärkehydrolysates wurde im allgemeinen mit Malz-Enzymen bis zu einer DE zwiwchen 35 und " durchgeführt, je nach dem, welcher Konversionsgrad gewünscht wurde. D.E. ist die Abkürzung für Dextrose-Äquivalent und gibt den Gesamtgehalt an reduzierenden Zuckern wieder, ausgedrückt in Prozenten Dextrose bezogen auf die Trockensubstanz.
Die obere Grenze zur wirtschaftlichen Malz-Verzuckerung wird im allgemeinen mit 50-55 DE angesehen· Solch ein Konversions-Saft wird im allgemeinen 6O-65?C Maltose enthalten. Die Verzuckerung bis zu diesem Grad ist abhängig von dem Stärke-verflüssigenden Schritt, welcher angewendet wurde. Wenn Maltose'Sirupe mit einer DE
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höher als 55 angestrebt wurden, wurden andere verzuckernde Enzyme, wie zum Beispiel Pilz-Amylasen, zur weiteren
Verzuckerung eingesetzte Solche verzuckernden Enzyme ■bilden eine "beträchtliche Menge Dextrose aus den vorhandenen Zuckern· So führt ein zweiter verzuckernder Schritt im allgemeinen zu einem geringen Abfall im Gesamt.oehalt der vorhandenen Maltose+ jedoch bilden sich Sirupe mit verhältnismässig hohem Gehalt an Maltose, welche süßer sein können und im allgemeinen einen höheren Gehalt an Fermentierbarem enthalten als die herkömmlichen Malz-Konversionssirupe.
Sirupe mit hohem Maltosegehalt sind in wachsendem Maße bedeutungsvoll in kommerziellen Anwendungen gewordene Sirup-Zusammensetzungen mit hohem Maltosegehalt versehen "Hard candles" mit den wünschenswerten nichthygroskopischen Eigenschaftenο Sie sind ausserdem zur Kontrolle der Kristallbildung in Rezepten für gefrorene Desserts nützliche Ähnlich ist der hohe Gehalt an Permentierbarem der Sirupe mit hohem Maltosegehalt wertvoll in der Bäckerei- und Brauerei-Industrie. Obwohl Malz-Enzyme schon sehr lange bekannt und allein in Gebrauch sind und es erwartet wird, dass sie ihre Bedeutung in der Industrie behalten, ist es wünschenswert, dass ein Ersatzverfahren gefunden wird für das Malz-Enzym-Verfahren zur Herstellung von ^tärke-Konversionsprodukten mit hohem Maltose-Gehalt, mit dem Ziel, Sirupe zu erhalten, welche einen hohen Gehalt an Maltose besitzen und gleiche oder bessere Eigenschaften besitzen als jene, welche mittels Malz-Enzym allein erhalten wurden. -,Q9886/0335
Demgemäß besteht der Torteil der vorliegenden Erfindung darin, ein neues Verfahren zur Herstellung von ^tärke-Konversionsprodukten mit hohem Gehalt an Maltose verfügbar zu machen mxAm anstelle der bekannten Verfahren, in welchem Malz allein gebraucht wurde.
Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines neuen Verfahrene zur Herstellung von Sirupen mit hohem Maltosegehalt, welcher verbesserte Eigenschaften hinsichtlich Ulchtkristallisierens besitzt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Schaffung eines praktischen Verfahrens zur Herstellung von Sirupen mit hohem Maltosegehalt, basierend auf dem Gebrauch von maltogenen Enzymen in Kombination mit einem Pullulanase-Enzym-Präparat·
Noch ein anderer Vorteil der Erfindung ist die Schaffung eines neuen Verfahrens zur praktischen Herstellung von Sirupen mit hohem Maltosegehalt, welcher wissenschaftlich begründeten Verbesserungen leicht zugänglich ist, ' um die Wirtschaftlichkeit der Herstellung zu entwickeln.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Schaffung eines neuen Verfahrens zur Herstellung von Sirupen mit hohem Maltosegehalt, welche im wesentlichen nichtkristallisierende und nicht-hygroskopische Kennzeichen haben.
Ein anderer Vorteil der Erfindung ist die Herstellung von Sirupen mit höheren Gehalten an Maltose und Fermentierbarem als solche, welohe bisher hergestellt wurden. 109886/0335
Es ist ein anderer Vorteil der Erfindung, eiranc praktisches Verfahren zur Herstellung von ^tärke-Konversionsprodukten mit hohem Maltosegehalt zu schaffen, welche nützlich zur Herstellung von Lebensmitteln sind, wie zum Beispiel gefrorene Süßspeisen, welche keine Kristallbildung unter niedrig-Temperaturb e d ingung en auf we i s en ·
Andere Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen offenbar. Alle Teile und Prozente, welche nachstehend genannt sind, beziehen sieh auf Gewicht und Trockensubstanz, sofern nichts anderes ausdrück/fclieh erwähnt ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von ütärkekonversionsprodukten mit hohem Maltosegehalt, welches darin besteht, dass partiell hydrolysiertβ Stärke, welche einen DE-Wert nicht über 20 hat, einer Konversion mit maltogenem Enzym-Präparat und PulluiLanase-Enzym-Präparat unterworfen wird, wobei ein Konversionsprodukt erhalten wird, welches mindestens ein BE von etwa 45, einen Maltosegehalt von mindestens 5056 und durch Hefe fermentierbare Anteile von mindestens 8Ο96 besitzt. Dieses Konversionsprodukt kann konzentriert und raffiniert werden, wenn es gewünscht wird, um einen nicht-kristallisierenden Sirup mit hohem Maltosegehalt zu erhalten. Dieser öirup kann eingesetzt werden zur Herstellung von Sirup-Feststoffen mit hohem Maltosegehalt durch Konzentrieren und Trocknen des Sirups mit hohem Maltosegehalt bis auf Peuxhtigkeitswerfte unter
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Die Erfindung umfasst auch Sirup mit hohem Maltosegehalt, hergestellt durch Konzentrieren von Stärke-Konversionsprodukten mit hohem Maltosegehalt.
Die Erfindung sieht weiter ein festes Stärke-Konversionsprodukt mit hohem Maltosegehalt in Form der Sirupfeststoffe vor, welche durch Konzentrieren und Trocknen des Stärke-Konversionsproduktes oder des Sirups mit hohem Maltosegahixalt entstehen.
Maltogene Enzyme sind in der Natur weit verbreitet. !Für diese Enzyme stellen gemälzte Getreide, wie z.B. Gerste, Hirse und Weizen, gute Rohstoffe dar. Andere Quellen umschliessen Mikroorganismen; so werden z.B. maltogene Enzyme durch Submers-Kultur-Fermentation der Stämme von BacillUB polymyxa erhalten·
Das Enzym Pullulanase, auch Dextrin-alpha-1,6-glukosidase genannt, wird erzeugt während der Submers-Kultur-Fermentation durch Stämme des Bakteriums Aerobacter aerogenes.
Dae Verfahren der Erfindung soll nun im einzelnen ι beschrieben werden«
Partielle Hydrolyse der Stärke.
Die partiell hydrolysierte Stärke, welche ale Ausgangsmaterial in der vorliegenden Erfindung benutzt wird, wird durch Hydrolyse mit Säuren oder Enzymen aus irgendeiner Stärke herkömmlicher ftrt erhalten. Geeignete Stärken sind: Cerealien-Stärken wie Mais, Getreide, Hirse und Weizen,· wachsige Stärken wie waxy MiIo und waxy Mais, Wurzelstärken wie Kartoffelstärke und
Tapiokastärke. Auoh können roh» Stärken als Eohetoffe 1098Ö6/0335
eingesetzt werden, wie z.B. gemahlene Oerialien, zerriebene Knollen oder die daraus hergestellten f parjttiell gereinigten Stärken.
Vor der Hydrolyse erfolgt die Verflüssigung der Stärke durch Verkleisterung. Diese wird durchgeführt durch Erhitzen der Stärke auf eine Semperatur von über 60 C in G-egenwart von feuchtigkeit « .
- Die Säurehydrolyse der Stärke wird durchgeführt in üblicher Weise bis zu einer DE nicht über etwa 20, vorzugsweise zwischen etwa 10 und etwa 20.
Die enzymatisch^ Hydrolyse der Stärke wird ausgeführt durch Einsatz passender verflüssigender Enzyme, wobei ein DE*-Wert erreicht wird, der etwa 20 nicht überschreitet und vorzugsweise zwischen etwa 5 und etwa liegt»
Der Ausdruck "partiell hydrolysierte Stärke", wie er im folgenden benutzt wird, bezieht sich auf mit Säure oder Enzym behandelte löslich gemachte Stärke, welche eine DE von unter etwa 20 aufweist.
Herstellung des Enzyms,
Die maltogenen Enzyme, die in der vorliegenden Erfindung benutzt werden, sind wohlbekannt. Ihre Herstellung ist ebenfalls bekannt·
Das Enzym, welches die Verzweigungen abspaltet,
dem
Pullulanase, und in ίίκββΛ Verfahren der Erfindung
^ benutzt wird, wird von Gliedern der Bakterien Species
co Aerobaoter aerogenes durch geeignete Inkubierung bei σ>
*>" aeroben Kulturbedingungen gebildet. Die Charaktaristika, ο
£* durch welche sich die Glieder der Species Aerobacter aerogenes unterscheiden lassen, sind beschrieben
von M.W. Yale, E.S.Breed et al. in "Bergey's Manual of Determinative Bacteriology", 7.Ausgabe, üeite 341-42, 1957 (Williams and Wilkins Co.Baltimore ), obgleich es dem Erfahrenen in der Wissenschaft wohlbekannt ist, dass· Mutations-Stämme von Zeit zu Zeit isoliert werden können, welche nicht vollständig mit der Identifizierungsbeschreibung übereinstimmen.
Das Herstellungsverfahren für das Enzym Pullulanase ist beschrieben von Hans Bender und Kurt Wallenfels in einem ^ Artikel "Spezifischer Abbau durch, ein Bakterienenzym". Der Artikel erschien in "Biochemische Zeitschrift" 2M»79-95 (1961).
Die Bezugsquelle für die Aerobacter aerogenes Kultur, wie sie in der Erfindung beschrieben wird, war die "American Type Culture Collection", 12301 Parklawn DriveyiRockville,Maryland. Die Bezeichnung der Kultur war Enterobacter aerogenes AICO 8724· Eine Methode zur Gewinnung des Enzyms aus der Kultur verläuft wie folgt:
Ein Nährmedium, enthaltend
0,8Ji Difoo Bacto-Pepton
0,556 Maltose
O,3# Natriumnitrat
0,05# zweibasisches Kaliumphosphat
0,0596 Kaliumchlorid
0,001$ Eisen-II-sulfat-heptahydrat
pH eingestellt auf 7,2
wird in 1000 ml Erlenmeyer Kolben verteilt, sodass in jedem Kolben 200 ml enthalten sind. Die Kolben werden mit
Baumwollwattepfropfen verschlossen und sterilisiert. 109886/0335
Die Impfkultur wird durch aseptische Überführung von Zellen einer reinen Kultur des«Mikroorganismus Aerobaoter aerogenes ATGC 8724 in einen sterilisierten Kolben mit dem obigen Nährmedium erhalten. Der Kolben wird dann in einer Schüttelmaschine in einem Kaum mit konstanter !Temperatur von 29 C bewegte Der Kolben wird 6 Stunden geschüttelt} danach ist die Kultur in starkem Maße gewa/tansen und ist nun fertig zur Beimpfung von Kolben mit dem oben näher beschriebenen Medium. Dazu werden 10 ml aseptisch zu jedeaw der Enzym-Produktions 'Ge fass β überführt. Diese Gefässe werden dann in eine Schüttelmaschine in einem Baum mit konstanter temperatur von 29'0O gestellt· Sie werden eine zeitlang zwischen 66 end 72 Stunden geschüttelt. Am Schluß der Fermentation werden die Gefässe aus der Schüttelmaschine herausgenommen» ihr Inhalt zusammengegossen und die darin enthaltenen Zellen durch Zentrifugieren aus der Kulturflüssigkeit entfernt. Die überstehende Flüssigkeit wird dann auf einen pH-wert von 6,2 eingestellt und durch. Hinzufügen von Toluol konserviert. Ein aliquoter Teil der überstehenden Flüssigkeit wird dann auf Enzymaktivität untersucht. Die Menge an gebildetem Pullulanase Enzym kann von etwa 0,05 bis 0,15 Einheiten pro Millilijoter schwanken.
Eine konzentrierte Präparation des Pullulanase-Enzym kann gemäss folgender Verfahrensweise erhalten werden:
1500 ml auf 40O gekühltes Aceton werden in 1 liter co
auf 4 0 gekühlte zellfreie KuItürflüssigkeit, welche ^:
10 g Diatomäen—^rde enthalten, gegebem. Nach völliger '^ Mischung wird die Suspension mittels Vakuum/filtriert, o tm das unlöslich gemachte Enzym zu gewinnen. Nach
Beendigung der Filtration wird der filterkuchen gewonnen, ausgebreitet und über Nacht bei Raumtemperatur getrocknet. Wenn der Filterkuchen getrocknet ist, wird er auf Pullulanase-Enzym-Aktivität untersucht. Präparate," die nach diesem Verfahren hergestellt wurden, haben eine Aktivität von 3-10 Einheiten pro Gramm, je nachdem, wie groß die Aktivität der Kulturflüssigkeit und die Wirksamkeit der Isolierung war·
Die Höhe der Pullulanase-Enzym-Aktivität kann wie folgt bestimmt werden:
Ein aliquoter Teil wird auf einen pH-Wert von 5»5 eingestellt und 1,0 ml einer Substratmischung,bestehendaus 2 ml einer 5# Pullulan-Lösung und 7 ml eines 1/50 m Phosphatpuffers von pH 5,5» zugegeben. Die Reaktion wird in Reagensgläsern durchgeführt, welche in einem Wasserbad von 40 C stehenj sie dauert 1 Stunde. Am Schluß der Abbauperiode wird die Reaktion durch Zugabe von Salzsäure gestoppt, wobei der pH-Mert auf 3>0 absinkt, ^er Gehalt der abgebauten Mischung an reduzierenden Zuckern wird bestimmt, ebenso der der Kulturflüssigkeit und des eingesetzten Pullulans, wobei eine Modifikati« on der Methode mit alkalischer Kaliumferrοcyanid benutzt wird, die unten beschrieben wirdj er wird ausgedrückt als Gamma-Äquivalente von Dextrose. Die Pullulanase-Aktivität berechnet sich wie folgt:
180 χ 60
dabei bedeutet:
A =» Pullulanase-Enzym-Aktivität in Einheiten pro Millimeter oder Gramm Enzympräparat
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T = Gesamtreduzierende Zucker in der Mischung, in Gamma G = Rest reduzierender Zucker in der Kulturflüssigkeit, in Gamma
P = Reduktionswert der Pullulan-Polysaccharide in der
Mischung, ausgedrückt in Gamma D = Verdünnungsfaktor der Enzym-Präparation 180 = Reduktionswert von 1 Mikromol Dextrose . 60 = Reaktionszeit in Minuten«,
Eine Pullulanase-Einheit ist definiert als diejenige Menge Enzym, welche notwendig ist, um 180 Gamma an reduzierenden Muckern, ausgedrückt als Dextrose, pro Minute aus Pullulan unter den oben angegebenen Bedingungen freizusetzen« ^as Polysaccharid Pullulan, welches ein Polymer aus Maltotriose-Einheiten, die untereinander durch c^'-1,6—Bindungen verknüpft sind, ist, lässt sich gewinnen aus Pullularia pullulans ATOC 9348 unter Anwendung der Methode von Ueda, Sj Fujita,K; Komatsu,K und Nakashima.S Z, die in "Applied Micobiology" JM,211-215 (1963) veröffentlicht wurde· Die modifizierte Methode mit Kaliumferricyanid, die zur Bestimmung der reduzierenden Zucker verwendet wurde, wird zur Ermittlung der Enzym-Präparationen wie folgt durchgeführt:
Reagentien:
Alkalische Kaliumferricyan&dt-Lösung: Löse 1,170 g -* Kaliumferricyanid und 19»5 g wasserfreies Natriumcarbonat
^ in Wasser und verdünne auf 1 Liter. Bewahre die Lösung
σ) in braunen Flaschen auf.
ο Standard-Dextrose-Lösung 0,1 mg/ml : Wiege 1,000 g reine co
w wasserfreie Dextrose und verdünne auf 100 ml. Unter cn
Verwendung einer Pipette der Klasse A überführe 10 ml der Lösung in einen 1-Liter-Kolben und fülle bis zur
Marke auf.
Ausführung:
Standardisierung: Man pipettiere aliquote Mengen , nämlich 0,5 , 1»0 , 1,5, 2,0 und 2,5 ml der Standard-Dextroselösung, die 0,1 m|./ml enthält, in entsprechende 18 cm Reagensgläser. Dann wird wasser zugesetzt, so daß das Gesamtvolumen in den entsprechenden Heagensgläsern 2,5 ml beträgt. Das Glas für den Reagens-Null-Vvert enthält 2,5 ml v"asser. Jedem Reagensglas werden 5 ml der alkalischen Kaliumferricyanid-Lösung zugesetzt» Die Ψ Mischung wird dann genau 5 Minuten in einem siedenden Wasserbad erhitzt, sofort in einem Leitungswasserbad gekühlt, auf 12,5 ml mit Wasser verdünnt und gemischt. Unter Verwendung von Wasser als Bezugslösung für Null-Absorption wird die Absorption des Reagens-Null-Wertes und die jeder einzelnen der Standard-Lösungen bei 373 my auf einem Beokman DU Spektralphotometer unter Benutzung von 1 cm Küvetten bestimmt.
Analys e:
Ein aliquoter Teil der Enzym-Präparation wird eingesetzt; er soll zwischen 1 bis 10 mg reduzierende Zucker aus 10 ml Testlösung freisetzen· Die Probe der Testlösung, die nach dieser Methode untersucht wird, soll 50 bis 250 Gamma reduzierender Zucker enthalten·
Berechnung»
Zur Eichkurve trage man die Absorptionswerte der Standard-Lösungen gegen Gamm$, Dextroee pro 12,5 ml in einem linearer Koordinationssystem auf.
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Konversion von partiell hydrolysierter Stärke In der gewerblichen Produktion von üirupen mit hohem Maltosegehalt wird die Konversion im allgemeinen bei relativ hohen Trockensubstanz-Gehalten ausgeführt, meistens innerhalb eines Bereiches von 15 bis etwa 4096, um die Anforderungen an Tankgrössen und Verdampfe**· kosten zu reduzieren, sowie bei relativ hohen !Temperaturen, wie zum Beispiel ungefähr 500O bis 60 C, um mikrobiellen Verderb der Konversionssäfte zu verzögern oder zu verhindern. Viele Enzyme werden durch hohe Substratkonzentrationen und bei hohen Temperaturen, wie zum Beispiel den oben genannten, gehemmt· Um so überraschender ist es jedoch, dass Pullulanase, die in Übereinstimmung mit dem oben ausgeführten hergestellt wurde, durchaus geeignet ist zum Einsatz unter Bedingungen, wie sie zur erfolgreichen und wirtschaftlichen industriellen Herstellung von Stärke-Konversionsprodukten mit hohem Maltosegehalt erforderlich sind.
Das bevorzugte Verfahren zur kombinierten Anwendung eines maltogenen Enzyms und Pullulanase schließt die Herstellung innerhalb der Substrat-Bedingungen und der Konversions-Temperaturbereiche, wie oben erwähnt, ein, obwohl die Enzyme zur Konversion bei höheren oder niederen Substrat-Konzentrationen irgendwo zwischen den Temperaturgrenzen von etwa 30 0 bis 70 0 eingesetzt werden können, falls das wünschenswert ist. Die Konversionen können innerhalb eines pH-Bereiches von etwa 4,5 bis 8,0 durchgeführt werden, wobei der bevorzugte Bereich zwischen 5»0 und 6,5 liegt. Die zur Erzielung eines Stärke-Konversionsproduktes mit hohem Maltosegehalt
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erforderliche Konversionszeit hängt ab von der angewendeten Enzym-Dosierung und dem gewünschten Konversionsgrad Stärke-Konversionsprodukte mit wünschenswert hohem Maltosegehalt können "bequem mit vernünftigen Enzymdosierungen bei 24 bis 48 Stunden Konversionszeit erhalten werden.
Die Konversion der partiell hydrolysierten Stärke kann durch gleichzeitigen Einsatz von maltogenem Enzym und Pullulanase herbeigeführt werden} es kann aber auch die Pullulanase vor oder nach dem Einsatz des maltogenen Enzyms eingesetzt werden. Wie in den folgenden Beispielen gezeigt werden wird, ist da» bevorzugte Verfahren die gleichzeitige Anwendung von maltogenem Enzym und Pullulanase.
Die Stärke-Konversionsprodukte können konzentriert und/oder raffiniert werden, um Sirupe mit hohem Maltosegehalt zu liefern· Diese Sirupe sind im wesentlichen nicht-kristallisierend und besitzen nicht-hygroskopische Eigenschaften. 2ur Herstellung dieser Sirupe werden die Stärke-Konversionsprodukte zu einem ^eststoffgehalt von mehr als 50$ konzentriert. Die Produkte können mittel konventioneller Methoden, wie Kohle-Raffination, Ionenaustauscher-Behandlung und dergleichen raffiniert werden und ergeben Sirupe, welche im wesentlichen nicht kristallisieren und Maltosegehalte zwischen etwa 50 und etwa 90$, bezogen auf Trockensubstanz, haben.
In den folgenden Ausführungsbeispielen, die die -1^fIndung erläutern, sind alle Prozentangaben auf Gewicht und Trockensubstanz bezogen; alle Temperaturen sind in
Oelsiusgraden angegeben,
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Herstellung von Konversionsprodukten mit hohem Maltose*-
gehalt
Dieses Beispiel erläutert den gleichzeitigen Einsatz von einem maltogenem Enzym und Pullulanase zur Herstellung von Stärke-Konversionsprodukten mit hohem Maltosegehalt aus partiell mittels Enzymen hydrolysierter Stärkee Dies Beispiel erläutert auch verschiedene Dosierungen von Pullulanase und Malz Diastase in Kombination zur Erzielung von Konversionsprodukten mit hohem Gehalt an Maltose und Fermentierbarem«
Eine 30 Gew<>$ Suspension von Mäis-Stärke wurde enzymatisch bei 910O und pH 5,5 verflüssigt, wobei HOMQOO (ein Bakterien-alpha-Amylase-Präparat, hergestellt und verkauft von Miles Chemical Co·) mit einer Dosierung von 0,05 #, bezogen auf Trockensubstanz, eingesetzt wurde* Die verflüssigende Wirkung des Enzyms wurde durch 5-minutiges Erhitzen der verflüssigten Stärke auf 1210G gestoppt, nachdem die partiell hydrolysierte Stärke einen DE-Wert zwischen 2 und 5 erreicht hat«, Die partiell hydrolysierte Stärke wurde auf 550G abgekühlt und der pH-Wert auf 5,8 korrigiert. Die partiell hydrolysierte Stärke wurde dann mit den entsprechenden Dosierungen von maltogenem Enzym und Pullulanase versehen, wie in Tabelle I gezeigt wird« Tabelle I demonstriert auch die erzielten DE-Werte sowie die Kohlenhydrat-Zusammensetzungen sowohl nach 24 als auch nach 4β Stunden Konverslonazeit·
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Tabelle II unten ist eine andere Anordnung eines Teiles der Werte aus der vorangegangenen Tabelle, um zu demonstrieren, daß verminderte Anforderungen oder Mengen an maltogenem Enzym erforderlich sind, um eine vorgegebene DE zu erreichen, sofern Pullulanase zusätzlich zum Malz Enzym im Laufe der Herstellung Konversionsprodukte mit hohem Gehalt an Maltose und Fermentierbarem eingesetzt wird·
Tabelle II
Vergleich der DE-Werte Malz Diastase von Konversionssäften 24 Stunden 48 Stunden
Pullulanase Bosierung DB 42,3 43,5
Dosierung (E/100 TS) 45,5 47,6
(E/100 TS) 25 47,3 51,1
0 fO 49,4 51,9
0 100 42,3 43,5
0 200 48,6 51,5
0 25 49,7 52,9
0 25 50,5 52,8
50 25
100 25
200
Tabelle III zeigt dieZueaamensetzung von representation Hydrolysat-Säften und demonstriert, daß verhinderte Dosierungen yon maltogenem Enzym Sirupe mit höherem Gehalt an Maltose und Patentierbarem ergeben, als wenn höhere ° Dosierungen an maltogene« Emya allein eingesetzt wurden, ^ vorausgesetzt, daß das »altogene Enzym in Kombination mit
^. Pullulanase angewandt wurde· Die Ergebnisse zeigen auoh,
**> daß bei gegebenem DB-Wert durch die kombinierte Anwendung .
*" von Pullulanase und «altogenem Enzym höhere Maltosegehalte erreicht werden, als durch den Einsatz von maltogenem Enzym
ORIGINAL
TABELLE III Zusammensetzung der Hydrolysat-Säfte
Pullulan**·
Dosierung
E/100 g TS 		Malz Diastase
Dosierung
E/100 g TS 		D E 5
3
4		 Dextrose
% TS 		Maltose
% TS 		64.5"
67.0
71.1		 Malto-
triose
% TS 		DPl und
hoher
% TS 		Fermentier
bares
% TS
1
7
5 		Zk Stunden 72 !θ
75.4
76.0
OOO 50
100
200 		45.
49.		 2.7
3.2
3.6		 61.5
63.5
66.5		 11.9
12.3
12.0 		23.9
21.0
. 17.9		 76.1
79.0
82.I
0
50
100
200 		25
25
25
25		 42.
48.
49.
50.		 6
1
9		 0.6
0.9
1.7
0.5		 60.0
. 70.0 .
71.5
74.0		 11.8
13.7
15.5
15.9		 27.6
15.4
11.3
9.6		 72.4
64.6
88.7
90.4
5
5
§ 		48 Stund·*
ooo 50
' 100
200 		47.
51.
51.		 "3.3
4.0
3.8		 11.6
12.5
11.7		 20.6
' 16.5
13.5		 79.4
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HCU 		25
25
25
25		 43.
. 51.
52.
• 52.		 1.9
4.1
1.5
1.2		 9.8
14.4
15.9		 26.7
9.5
7.2
6.9		 73*3
90.5
92.8
93.1
Beispiel 2
Herstellung yon, Konversionsprodukten mil; hohem Maltosegehall; aus partiell mit Enzymen hydrolvsierter waohaiger MiIo-Stärke»
Dieses Beispiel demonstriert den verstärkenden Effekt der Pullulanase beim Einsatz mit Malz-Diastase zusammen bei der Konversion von wachsigen Stärken zu Konversioneprodukten mit hohem Gehalt an Maltose und fermentierbare»*
Wachsige MiIo-Stärke wurde enzymatisch auf 5 DE verflüssigt, wie im Beispiel 1 dargelegt wurde, auf 5O0O gekühlt auf pH 5,7 eingestellt und mit Pullulanase und Malz-Diastase-Enzymen gleichzeitig versetzt, wie in Tabelle IV gezeigt wird· In Tabelle I? werden auch die Analysen der Konversionssäfte nach 46 und 70 Stunden Konversionszeit dargelegt·
109Ö86/033S
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°88 °88
H OJ H OJ
109886/0335
cc
Wie im Beispiel 1 gezeigt»ist der verstärkende Effekt, ausgelöst durch Pullulanaae bei kombiniertem Einsatz mit maltogenen Enzymen, nieder augenscheinlich«
Beispiel 3
Herstellung von Konversionsprodukten mit hohem Maltoseffehalt aus Maisstärke und maltogenen Enzymen aus anderen Quellen als Malz
Dies Beispiel verdeutlicht den verstärkenden Effekt von Pullulanase bei der Herstellung von Eonversionsprodukten mit hohem Gehalt an Maltose und Fermentierbarem durch gleichzeitige Anwendung von Pullulanase und maltogenen Enzymen, und zwar anderen als jenen, die aus Malz gewonnen we'rden, zum Beispiel aus Bacillus polymyxa·
Ein Beispiel eines geeigneten maltogenen Enzyms hi ist das mikrobielle Enzym, welches vom Bakterium Bacillus polyayxa gebildet wird· Es kann von B·polymyxa AICÖ 8523 gewonnen werden; die Aktivität des gewonnenen Enzympräparats wird gemäß folgender Vorschrift ermittelt·
Enzym-Hers teilung
Das Enzym-Präparat, welches als Bacillus polymyxa-Amylase identifiziert ist, wird durch Wachsenlassen von Bacillus polymyxa auf geeignetem Substrat in Submers-Kultur, ruhenden Kulturen oder Oberflächenkulturen bei Temperaturen zwischen 20 und 400O während 24 bis 144 Stunden gewonnen· Ein befriedigendes Medium enthält passende Mengen organischer oder anorganischer Stickstoffquellen, wie ζ·Β· Maisquellwasser, Hefe-Extrakt, Trocken-Hefe, Rind-Extrakt, Pepton, Baumwoll- oder Sojabohnen-Mehl sowie anorganische
Ammonium-Salze. Ale Kohlenstoff-Quelle eignen sich Stärke, 1Q98S6/0335
BAD ORIGINAfoi'.rrrvj; r. \<i
modifizierte Stärke, Stärkehydrolysate und ähnliches j ferner anorganische Salze*
Eine Herstellungsmethode für das Enzym wird im folgenden, beschrieben«
Aus einer Platten-Kultur von B«polymyxa AU)OC 8523 wurden Zellen in einen 500 ml Erlenmeyer-Kolben tiberimpft, der ein steriles lährmedium aus 4,0 g gemahlenem Gelbmais, 0,4 g Hefe-Extrakt, 0,5 g Calciumoarbonat und auf 100 ml aufgefülltes destilliertes Wasser enthält. Der beimpfte Kolben wird 48 Stunden bei 32GC in einem rotierenden Schüttelaggregat bebrütet. Eine 10 ml Portion der Kultur aus diesem Kolben wurde aseptisch in einen 1000 ml Erlennfyer-Kolben überführt, der das sterile Produktionsmedium enthält, das wie folgt zusammengesetzt ist« 6,0 g Pepton, 1,0 g Hefe-Extrakt, 1,0 g Rind-Extrakt, 16 g Kartoffelstärke, 0,2 g Dikaliumphosphat und auf 200 ml aufgefülltes destilliertes Wasser. Der pH-Wert wurde auf 7»2 eingestellt. Die Produktionskolben wurden auf einer rotierenden Schüttelmaschine bei 320G inkubiert, während das Enzym gebildet und in das Kulturmedium abgegeben wurde. Der Inhalt der Kolben wurde nach 7-tagiger Fermentation filtriert und das maltogene Enzym, welches in einer Menge vorhanden ist, die 0,2 Einheiten pro Milliliter äquivalent ist, wie unten beschrieben, als Piltrat gewonnen· Dieses Enzym wurde in der Form des Filtrates zur Konversion von Stärkehydrolysaten in Produkte mit hohem Maltosegehalt eingesetzt*
Die Menge der in B.polymyxa Fermentations-iösung vorhandenen Enzym-Aktivität oder Enzym-Konzentration wurde
BAD ORIGINAL:
Das Substrat für das Enzym bestand aus einer 10bigen wässrigen Lösung von sprühgetrocknetem Säurehydrolysat aus Mais-Stärke mit 43 DE. Genau 50 ml der lösung wurden in einen 100 ml Meßkolben pipettiert. Dem Kolben wurden 5,0 ml eines 1,0 molaren Phosphat-Puffers von pH 6,5 zugesatsto Dar Kolben wurde in ein Wasserbad von 400C gestellte Nach 10 Minuten wurde eine Enzym-Menge zugesetzt, welche 0,2 bis 0,4 Aktivitätseinheiten enthielt, wie nachstehend beschrieben» Genau 60 Minuten nach der Enzym-Zugabe wurde die Reaktion durch Einstellen der Lösung auf den Umsch^lgspunkt von Phenolphtalein mittels 1 molarer Natriumhydroxyd-Lösung gestoppt« Die Lösung wurde dann auf Zimmertemperatur gekühlt und auf Volumen aufgefüllt. Der Wert für reduzierende Zucker, berechnet als Dextrose, wurde in der verdünnten Lösung bestimmt j ein Kontrollversuch ohne Enzym wurde hinzugefügt· Die Aktivität an maltogenem Enzym wurde wie folgt berechnet!
S-B
E
A = Maltogene Enzym-Aktivität in Einheiten pro ml
Enzym-Präparat
S = Reduzierende Zucker im enzym-konvertierten Muster in g/100 ml
B « Reduzierende Zuoker im Kontrollversuch in g/100 ml E β Menge des eingesetzten Enzympräparates in ml.
Die Bacillus polymyxa Amylase, die gemäß obiger Vorschrift hergestellt wurde, wurde zur Konversion einer Maisstärke-Dispersion in Wasser mit 30 i» Trockensubstanz eingesetzt,
naohdem diese partiell^M^tel-s Enzym gemäß Vorschrift in 109886/033S.
BAD ORIGINAL
~ 25 -
Beispiel 1 hydrolysiert worden war. Die Konversionen wurden bei 6O0O bei einem pH von 6,2 durchgeführt, wobei Enzymmengen verwendet wurden, wie sie in Tabelle 5 beschrieben werdeno
Genau wie mit den maltogenen Enzymen pflanzlichen Ursprungs wurden mittels Kombination von Pullulanase und mikrobiellem maltogenem Enzym höhere Gehalt an Maltose und fermentierbarem erhalten als mit dem mikrobiellen maltogenen Enzym allein,. Genau/ so sind, bei vorgegebener DE, höhere Maltosegehalte erreichbar duroh Kombination von Pullulanase und maltogenem Enzym als mit maltogenem Enzym allein. Der Betrag an maltogenem Enzym," der notwendig ist, um einen vorgegebenen DE-Wert zu erreichen, wird wesentlich reduziert, wenn das maltogene Enzym in Kombination mit Pullulanase angewendet wird·
BAD ORIGINAL
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ft
ORIGINAL INSPECTED 1 098STS 7 0335
Pullulanaae B.polymyxa TABELLE V DE (Fortsetzung) Maltose ^altotriose DP .und irmentierbare
Dosierung Rnzym-Dosia Hydrolysendauer 52.6
54.7		 fo T.S. Höhere ll< % T.S.
E/iOOg T.S. E/iOog T.S. 55.2
58.3		 Dextrose 69.1
73.3		 4.2
0.8		 % T.S, 79.6
80.9
o ·
O		 100
100		 Stunden 55.7 "
58.5		 ψΐ. S. 75.9
76.7		 8.7
5.6		 20.4
19.1		 90.4
91.4
50
50		 100 ,
100 '		 24
72		 6.3
6.8		 75.2
79.4·		 9.3
4.9		 9.6
8.6 "		 92.1
91.5
• 100
100		 • 100
100		 24
72		 5.8
9.1
Ö 24
72		 7.6
7.2
40k
Beispiel 4
Eine 30-Grewichtsprozent-lösung eines Maisstärke-Säure-Hydrolysates von 16 DE, das auf konventionellem Wege m',Hil% Säurehydrolyse hergestellt wurde, wurde bei 550O und pH 6,0 72 Stunden mit dem Betrag an Pullulanase und MaIz-Enfcymen konvertiert, der in der folgenden Tabelle angegeben wird· Die Ergebnisse der Konversion werden ebenfalls dargelegt«
Pullulanase
Dosis
(E/100 g TS)		 Mals
Dosis
(E/100 g		 Konversionsergebnisse
DE Maltosegehalt
TS> * TS		 4,1 hohem Maltosegehalt
keine keine 16,1 56,6
keine 25 45,7 55,8
keine 50 47,4 61,5
50 25 49,6 64,0
50 50 52,0 67,3
100 25 51,0 66,6
100 50 52,4
Beispiel 5 Anwendung von
Aufeinander folgende und gleichzeitige Pullulanase und maltogenem Enzym zur Herstellung von
Konversionsprodukten mit
Während es vom Standpunkt der Wirksamkeit und der Bequemlichkeit höchst wünschenswert ist, maltogene Enzyme und Pullulanase gleichzeitig zuzusetzen, um die partiell hydrolysierte Stärke zu Produkten mit hohem Maltosegehalt zu konvertieren, wird der günstige Effekt der Pullulanase sogar erhalten, wenn dies Enzym vor der Zugabe des maltogenen Enzyms eingesetzt wird. Dies wird in diesem Beispiel erläutert· 109886/0335
Bine 30 $ige Suspension von weißer Milo-Stärke wurde mittels Enzym verflüssigt, gemäß Yorsoiarift, wie in Beispiel 2 erläuterte Sie wurde bei 55°0 bei einem pH von 6,0 unter Verwendung von Pullulanase und Malz— Enzym-Dosierungen, die unten in labelle YII aufgeführt werden, konvertiert*
103886/033$
TABELLE VII Wirkumg von Pu^lulaaas· zusajuaen mit Konrereiona-Säftea zu verschiedenen Zeiten
PullwlajM.se—
Zeit iaagesaat
Pullula&ase Doaieruag 1/100 g TS
Malz-Dosierung E/100 g TS
DE Konveraioa
Hydroly sat-Zusaauae&ee t zg .
% TS
DPi,. und DP-, DP- DP7 höher
Fementierbarea % TS
24 Stunden τογ 1O° 2^
Mal»-Dosi«rung
,3 Mit Mal* «tisa». 100
24 Stunden nach- 1PO
Äalz-Bosierung Ohne Pullulanaee O
(Kontrolle)
a) Gesamtbetrag an DP.,DP„ und DP,
50.2
53.2 41.1
35.5
•2.,8 72.1 17.0
5.1 67.2 14.0 13.7
8.1
54.8 14.2 29.4
2.0 50.4 9.5 38.1
86.3
91.9 70.6
61.9
Wie man sieht, bewirkt die gleichzeitige Zugabe der zwei Enzyme die wirksamste Hydrolyse, jedoch ist der steigernde Effekt durch die Pullulanase sichthar, wenn das Enzym vor, gleichzeitig mit oder nach den maltogenen Enzymen zugesetzt wird«
Die Torteile der Erfindung, welche aus der obigen Be-* Schreibung und den Beispielen sichtbar werden, beinhalten»
1e Herstellung von Konversionsprodukten.mi* höheren Gehalten an Maltose und Fermentierbarem durch gleichzeitige Anwendung von Pullulanase mit einem maltogenen Enzym zur Konversion einer partiell hydrolysierten Stärke·
2ο Eine wirksamere Hydrolyse, welche einen Rückgang in der Menge nicht-konvertierter Stärke zur Folge hat, durch Anwendung von Pullulanase Enzym in Verbindung mit maltogenem Enzym zur Gewinnung von Stärkekonversionsprodukten mit hohem Maltosegehalt aus partiell^ hydrolysierter Stärke«
3ο Die erforderliche Menge an maltogenem Enzym wird beträchtlich verringert, wenn es gleichzeitig mit Pullulanase angewendet wird zur Erzielung einer vorgegebenen DE bei Konversion einer partiell hydrolysierten Stärke·
4· Wegen der wirksameren Konversion der Stärke zu Produkten mit hohem Maltosegehalt und hohem Gehalt an Fermentierbarem besitzen die resultierenden Konversionssäfte geringere Schwankungen und sind daher besser brauchbar als Basis-Komponenten, mit welchen Dextrose zu eßbaren Mischsirupen verschnitten werden kann«
109888/033S
Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit "bestimmten ihr innewohnenden Bestandteilen "beschrieben wurde, wird unterstellt, daß sie weiteren Modifikationen zugänglich iste Daher hat diese Anmeldung den Sinn, jedwede Variationen, Anwendungen oder Anpassungen der Erfindung zu umfassen, sofern sie den generellen Prinzipien der Erfindung entsprechen, die hier vorgebracht werden, ein**
schließlich solcher Abweichungen von der vorliegenden Offenbarung, die zur bekannten oder gewohnten Praxis des Gebietes gehören, auf welohe sich die vorliegende Erfindung bezieht, einschließlich von Anwendungen wesentlicher Oharakteristika, die bereits oben beschrieben wurden, soweit sie in den Bereich dieser Erfindung und innerhalb der Grenzen der angehängten Schutzansprüche fallen*
109886/0335

Claims (5)

  1. - 33 Pat entansprüohe
    1β Verfahren zur Herstellung von Produkten mit hohem Maltosegehalt, dadurch gekennzeichne t, daß man partiell hydrolysierte Stärke mit einer DE nicht über 20 der Konversion mit einem maltogenen Enzym-Präparat und einem Pullulanase-Enzym-Präparat unterwirft, s'odaß man ein Konversionsprodukt mit einer DE von mindestens 45 und einem Maltosegehalt von mindestens 50 $ sowie einen Gehalt von durch Hefe Ferment!erbarem von mindestens 80 # erhält*
  2. 2. Verfahren naoh Anspruch 1,dadurch ge-, kennzeichnet, daß die partiell hydrolysierte Stärke eine mit Säure hydrolysierte Stärke ist*
  3. 3« Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Säure hydrolysierte Stärke einen DE-Bereich von etwa 10 bis etwa 20 hate
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch g e kennzeiohnet, daß die partiell hydrolysierte Stärke eine mittels Enzym hydrolysierte Stärke ist»
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daß die partiell hydrolysierte Stärke eine DE zwischen etwa 2 und etwa 20 besitzt*
    6· Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, d a duroh gekennzeichnet, daß die partiell hydrolysierte Stärke einen !Feststoffgehalt von etwa 15 bis etwa 40 $ hat*
    109886/.0336
    7« Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Konversion mit dem Enzym bei einer Temperatur im Bereich von etwa 5O0C bis etwa 6O0O ausgeführt wird«
    8« Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Konversionsprodukt zwischen etwa 50 ?£ und etwa 90 $> Maltose enthält, bezogen auf Trockensubstanz*
    9· Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Pullu-
    und das maltogeneEnzym dem Konvereions-Reaktionsgemisch gleichzeitig zugesetzt werden«
    10» Verfahren nach den Ansprüchen 1-8,dadurch gekennzeichnet, daß die Pullulanyse dem
    Konversions-Reaktionsgemisch vor dem Zusatz des maltogenen Enzyms zugesetzt wird·
    11· Verfahren nach den Ansprüchen 1-8,dadurch gekennzeichnet» daß das maltogene Enzym
    vor der Pullulai&e dem Konversions-Reaktionsgemisch zugesetzt wird»
    12« Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, d a ~ durch gekennzeichnet, daß das maltogene Enzym Bacillus polymyxa Amyläse ist«
    13« Verfahren nach den Ansprüchen 1-11,dadur α gekennzeichnet, daß das maltogene Enzyn
    Malz-Diastase ist«
    109886/0335
    *- 35 **
    14· Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung von Sirup mit hohem Maltosegehalt, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemäß den Ansprüchen 1-13 hergestelltes Konversionsprodukt mit hohem Maltosegehalt so weit konzentriert wird, daß der Sirup einen Feststoff~ gehalt von über 50 $> hat, in welchem die Maltose mindestens ufer 50 # an Gewicht der ϊϋίΐΜΜ&ϊΧΑ3δϊ ausmacht, bezogen auf Iroekensubstanz«
    15· Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung eines festen Stärke-Konversionsproduktes mit hohem Maltosegehalt, dadurclagekennzeiohnet , daß ein Konversionsprodukt mit hohem Maltogegehalt, das nach den Verfahren von irgendeinem der Ansprüche 1 - °13 hergestellt wurde, oder ein Sirup mit hohem Maltosegehalt, der nach dem Verfahren nach Anspruch 14 hergestellt wurde, zur Trockne eingedampft wird und ein festes Produkt ergibt*
    16« Ein Konversionsprodukt mit hohem Maltosegehalt, sofern es nach Verfahren der Ansprüche 1-13 hergestellt wurde«
    17· Ein Sirup mit hohem Maltosegehalt, sofern er nach dem Verfahren des Anspruchs 14 hergestellt wurde«
    18· Ein festes Stärke-Konversionsprodukt mit hohem Maltosegehalt, sofern es nach dem Verfahren des Anspruchs hergestellt wurde»
    109886/0335
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