DE1567331C3

DE1567331C3 - Verfahren zur Herstellung von Produkten mit hohem Maltosegehalt

Info

Publication number: DE1567331C3
Application number: DE1567331A
Authority: DE
Inventors: Frederick C. La Grange Armbruster; Robert E. Park Forest Heady
Original assignee: Unilever Bestfoods North America
Current assignee: Unilever Bestfoods North America
Priority date: 1966-12-27
Filing date: 1967-12-27
Publication date: 1979-03-29
Also published as: IT1043771B; DE1567331A1; BE708404A; US3565765A; ES348590A1; GB1144950A; DE1567331B2; FR1553166A; NL6717560A; BR6795746D0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Produkten mit hohem Maltosegehalt durch Konversion von Stärke mit maltogenen und l,6glukosidasischen Enzymen.

Maltose ist ein süß schmeckendes Disaccharid, während Dextrose ein süßes Monosaccharid ist. Maltose und Dextrose sind reduzierende Zucker. Ihre Sirupe enthalten unvermeidlich andere 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 zeigen und nicht zur Feuchtigkeitsaufnahme neigen.

Die Sirupe, welche einen hohen Maltosegehalt aufweisen, wurden bisher industriell durch Verzuckerung von Stärke und Stärkehydrolysaten mit Malz-Entzymen hergestellt. Die konvertierende Wirkung von maltogenen Enzymen führt zur Bildung eines Konversionsproduktes, in welchem Maltose der mengenmäßi überwiegende Zucker ist. Ein typisches bekannte Verfahren zur Herstellung eines maltosereichen Sirup umfaßt Verflüssigung der Stärke mit nachfolgendc Behandlung mit Malz-Enzymen mit dem Ziel, die löslic gemachte Stärke zu verzuckern und ein Stärkehydrol; sat mit hohem Maltosegehalt zu erhalten. Geeignet Enzyme für diesen Verzuckerungsprozeß waren prime auf Malz-Enzyme begrenzt. Die Verzuckerung ode

ίο Konversion des Stärkehydrolysates wurde im allgeme nen mit Malz-Enzymen bis zu einem DE zwischen 3

-. und 55 durchgeführt, je nachdem, welcher Konversion:

' grad gewünscht wurde. DE ist die Abkürzung R;

Dextrose-Äquivalent und gibt den Gesamtgehalt a reduzierenden Zuckern wieder, ausgedrückt in Prozer ten Dextrose bezogen auf die Trockensubstanz.

Die obere Grenze zur wirtschaftlichen Malz-Verzuk kerung wird im allgemeinen mit 50 — 55 DE angeseher Solch ein Konversions-Saft wird im allgemeine:

60 — 65% Maltose enthalten. Die Verzuckerung bis ζ diesem Grad ist abhängig von dem stärkeverflüssigen den Schritt, welcher angewendet wurde. Wenn Maltose Sirupe mit einem DE höher als 55 angestrebt wurde: wurden andere verzuckernde Enzyme, wie zum Beispk Pilz-Amylasen, zur weiteren Verzuckerung eingesetz Solche verzuckernden Enzyme bilden eine beträchtlich Menge Dextrose aus den vorhandenen Zuckern. S führt ein zweiter verzuckernder Schritt im allgemeine zu einem geringen Abfall im Gesamtgehalt de vorhandenen Maltose, jedoch bilden sich Sirupe m: verhältnismäßig hohem Gehalt an Maltose, welch süßer sein können und im allgemeinen einen höhere Gehalt an Fermentierbarem enthalten als die herkömm liehen Malz-Konversionssirupe.

Sirupe mit hohem Maltosegehalt sind in wachsender Maße bedeutungsvoll in kommerziellen Anwendunge: geworden. Sirupe mit hohem Maltosegehalt gebei »Hard candies« die wünschenswerten nichthygroskopi sehen Eigenschaften. Sie sind außerdem zur Kontroll der Kristallbildung in Rezepten für gefrorene Dessert nützlich. Ähnlich ist der hohe Gehalt an Fermentiert^ rem der Sirupe mit hohem Maltosegehalt wertvoll in de Bäckerei- und Brauerei-Industrie. Obwohl Malz-Enzy me schon sehr lange bekannt und allein in Gebrauc:

sind und es erwartet wird, daß sie ihre Bedeutung in de Industrie behalten, ist es wünschenswert, daß eii Ersatzverfahren gefunden wird für das Malz-Enzym Verfahren zur Herstellung von Stärke-Konversionspro dukten mit hohem Maltose-Gehalt, mit dem Ziel, Sirups

so zu erhalten, welche einen hohen Gehalt an Maltos besitzen und gleiche oder bessere Eigenschafte besitzen als jene, welche mittels Malz-Enzym allei.

erhalten wurden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch ge kennzeichnet, daß man partiell hydrolysierte Stärke mi einem DE nicht über 20 im Temperaturbereich vo 50 —60⁰C in einer wäßrigen Aufschlämmung, welch einen Feststoffgehalt von 15 bis 40 Gew.-% besitzt, mi einem maltogenen Enzym-Präparat und einem Pullula nase-Enzym-Präparat so behandelt, daß ein Konver sionsprodukt mit einem DE von mindestens 45 un einem Maltosegehalt von mindestens 50% sowie einer. Gehalt von durch Hefe Fermentierbarem von minde stens 80%, wobei die Prozentangaben jeweils auf di Trockenmasse bezogen sind, erhalten wird.

Durch Verwendung eines Stärkehydrolysates m niedrigem DE-Wert können bei dem erfindungsgemr Ben Verfahren Ausgangsprodukte mit höheren Fes

stoffgehalten zur Herstellung von Sirup verwendet werden, welcher einen außergewöhnlich hohen Maltosegehalt besitzt. Die Enzympräparationen können hierbei in beliebiger Folge oder gleichzeitig angewandt werden, jedoch ist die Verwendung von beiden Enzymen erforderlich.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Herstellung eines Sirups mit hohem Maltosegehalt jedoch unter Verwendung von geringeren Mengen an maltogenem Enzym möglich. Dies bedeutet, daß das Pullulanaseenzym anstelle dieser fehlenden Menge an sonst benötigtem, maltogenem Enzym tritt.

Es war vollkommen überraschend, daß die Konversion in wirksamer Weise bei einem solchen hohen Feststoffgehalt überhaupt abläuft, da die Literatur, siehe Abdullah et al., Cereal Chemistry, Vol. 43, S. 111-117 (1966) und A b d u 11 a h et al., Nature, Vol. 210, S. 200 (9. 4. 1966) es nahelegt, daß die zweifache Einwirkung eines maltogenen Enzyms und Pullulanase auf Stärke mit einem Feststoffgehalt von 0,5% eine Reassoziierung der Maltose zu Maltetrose hervorruft. Es war daher tatsächlich überraschend, daß die Reassoziierung von Maltose bei höheren Feststoffgehalten nicht auftritt, sondern im Gegenteil höhere Ausbeuten an Maltose erreicht werden können.

Aus K. Schuster: »Die Technologie der Würzebereitung«, 1963, S. 111 — 113 ist die Anwendung von <%- und |8-Amylase auf physikalisch aufgeschlossene Stärke im Maischprozeß bekannt. Die Einsatzmöglichkeit von Pullulanase, geschweige denn in Kombination mit maltogenen Enzymen ist dort nicht erwähnt.

Aus der US-PS 28 91 869 ist ein Verfahren zur Herstellung von Maissirupen bekannt, bei welchem ein Säurehydrolysat von Maisstärke mit mindestens zwei verschiedenen Enzymen behandelt wird. Als Ausgangsprodukt setzt man bei diesem Verfahren ein Stärkehydrolysat mit einem DE-Wert von 20 — 55 ein; als Enzyme werden cc- und j3-Amylase, Malzdiastase und Amyloglucosidase empfohlen.

Die Konversion einer verdünnten Stärkepaste mittels Amyloglucosidase in einem Verfahren zur Herstellung entwässerter Stärke ist aus der US-PS 31 97 338 bekannt.

Die Herstellung eines nichtkristallisierenden Sirups mit hohem Gehalt an Hefe-Fermentierbarem durch stufenweise Konversion zunächst mit Säure, dann mit einem maltogenen Enzym und anschließend mit einem mikrowellen Enzym ist aus der US-PS 30 67 066 bekannt.

Die kombinierte Anwendung von cn- und jS-Amylase mit tierischen Fermenten oder Enzymen, nämlich Carbohydrasen bei der Gewinnung von Maltose und Glucose durch enzymatischen Kohlenhydratabbau ist bereits in der DE-PS 8 02 334 beschrieben.

Alle diese Literaturstellen können das erfindungsgemäße Verfahren nicht nahelegen, bei welchen man von einer partiell hydrolysieren Stärke mit einem DE nicht über 20 ausgeht und ein maltogenes Enzym in Kombination mit einem Pullulanase-Enzym anwendet.

Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere folgende:

1. Herstellung von Konversionsprodukten mit höheren Gehalten an Maltose und Fermentierbarem durch kombinierte Anwendung von Pullulanase mit meinem maltogenen Enzym zur Konversion einer partiell hydrolysierten Stärke.

2. Eine wirksamere Hydrolyse, welche einen Rückgang in der Menge nichtkonvertierter 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.

3. Die erforderliche Menge an maltogenem Enzym wird beträchtlich verringert, wenn zusätzlich Pullulanase angewendet wird zur Erzielung eines vorgegebenen DE- Wertes.,,.., ,,, „_v,.._; .:
ίο 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-Kompo-. .. nenten, mit weichen Dextrose zu eßbaren Mischsirupen verschnitten werden kann. . ...,.., ... . _: Das erfindungsgemäß erhältliche Produkt kann z. B. verwendet werden zur Herstellung von Lebensmitteln, wie zum Beispiel gefrorener Süßspeisen, welche keine Kristallbildung unter niedrigen Temperaturen aufweisen. "' ' ■■' · ■■" ■·. ·" ■■■" ■■■ '^:

Die erfindungsgemäß erhältlichen Sirupe können auch eingesetzt werden zur Herstellung von Sirup-Feststoffen mit hohem Maltosegehalt durch Konzentrieren und Trocknen des Sirups bis auf Feuchtigkeitswerte unter 15%. ........ _:r . ... .

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 jo Quellen umschließen Mikroorganismen; so werden z. B. maltogene Enzyme durch Submers-Kultur-Fermentation der Stämme von Bacillus polymyxa erhalten.

Das Enzym Pullulanase, auch Dextrin-alpha-l,6-glukosidase genannt, wird erzeugt während der Submers- V) Kultur-Fermentation durch Stämme des Bakteriums Aerobacter aerogenes. ... _; __:. , ,

Die partiell hydrolysierte Stärke, weiche als Ausgangsmaterial in der vorliegenden Erfindung benutzt wird, wird durch Hydrolyse mit Säuren oder Enzymen aus irgendeiner Stärke herkömmlicher Art 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. Auch können rohe Stärken als Rohstoffe eingesetzt werden, . wie z. B. gemahlene Cerealien, zerriebene Knollen oder die daraus hergestellten partiell gereinigten Stärken.

Vor der Hydrolyse erfolgt die Verflüssigung der Stärke durch Verkleisterung. Diese wird durchgeführt durch Erhitzen der Stärke auf eine Temperatur von über 60° C in Gegenwart von Feuchtigkeit. , ,

Die Säurehydrolyse der Stärke wird durchgeführt in üblicher Weise bis zu einem DE nicht über etwa 20, vorzugsweise zwischen etwa 10 und etwa 20.
Die enzymatische 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 20 liegt. . .- : ...·.■:

Der Ausdruck »partiell hydrolysierte Stärke«, wie er im folgenden benutzt wird, bezieht sich auf mit Säure oder Enzym behandelte löslich gemachte Stärke, welche einen DE von unter etwa 20 aufweist.

Die maltogenen Enzyme, die in der vorliegenden Erfindung 'benutzt werden, sind wohlbekannt. Ihre Herstellung ist ebenfalls bekannt.

Das Enzym Pullulanase wird von Bakterien Species Aerobacter aerogenes durch geeignete Inkubierung bei

aeroben Kulturbedingungen gebildet. Die Charakteristika, durch welche sich die Glieder der Species Aerobacter aerogenes unterscheiden lassen, sind beschrieben von M. W. Yale, R. S. Breed et al. in »Bergey's Manual of Determinative Bacteriology«, 7. Ausgabe, Seite 341 und 342,1957 (Williams and Wilkins Co., Baltimore).

Das Herstellungsverfahren für das Enzym Pullulanase wird beschrieben von Hans Bender und Kurt W a 11 e η f e 1 s: »Spezifischer Abbau durch ein Bakterienenzym« (Biochemische Zeitschrift, 334, 79 — 95 [1961]). - ■

Eine bevorzugte Aerobacter aerogenes Kultur ist Enterobacter aerogenes ATCC 8724.

Eine Pullulanase-Einheit ist definiert als diejenige Menge Enzym, welche notwendig ist, um 180 Gamma an reduzierenden Zuckern, ausgedrückt als Dextrose, pro Minute aus Pullulan unter Standard-Bedingungen freizusetzen.

Konversion von partiell hydrolysierter Stärke

In der gewerblichen Produktion von Sirupen mit hohem Maltosegehalt wird die Konversion bei relativ hohen Trockensubstanz-Gehalten ausgeführt, und zwar innerhalb eines Bereiches von 15 bis etwa 40%, um die Anforderungen an Tankgrößen und Verdampfungskosten zu reduzieren, sowie bei relativ hohen Temperaturen, wie zum Beispiel ungefähr 50⁰C bis 6O⁰C, um mikrowellen Verderb der Konversionssäfte zu verzögern oder zu verhindern. Viele Enzyme werden durch hohe Substratkonzentrationen und bei hohen Temperaturen, wie zum Beispiel den obengenannten, gehemmt. Um so überraschender ist es jedoch, daß Pullulanase durchaus geeignet ist zum Einsatz unter Bedingungen, wie sie zur erfolgreichen und wirtschaftlichen industriellen Herstellung von Stärke-Konversionsprodukten mit hohem Maltosegehalt erforderlich sind.

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 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 hydrolysieren 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 das 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 nichtkristallisierend und besitzen nichthygroskopische Eigenschaften. Zur Herstellung dieser Sirupe werden die Stärke-Konversionsprodukte zu einem Feststoffgehalt von mehr als 50% konzentriert. Die Produkte können mittels 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 Erfindung erläutern, sind alle Prozentangaben auf Gewicht und Trockensubstanz bezogen; alle Temperaturen sind in Celsiusgraden angegeben.

Beispiel 1

Herstellung von Konversionsprodukten mit
hohem Maltosegehalt

Dieses Beispiel erläutert den gleichzeitigen Einsatz von einem maltogenen Enzym und Pullulanase zur Herstellung von Stärke-Konversionsprodukten mit hohem Maltosegehalt aus partiell mittels Enzymen hydrolysierter Stärke. Dies Beispiel erläutert auch verschiedene Dosierungen von Pullulanase und MaIz-Diastase in Kombination zur Erzielung von Konversionsprodukten mit hohem Gehalt an Maltose und Fermentierbarem.

Eine 30 Gew.-% Suspension von Mais-Stärke wurde enzymatisch bei 91°C und pH 5,5 verflüssigt, wobei HT-1000 (ein Bakterien-alpha-Amylase-Präparat) mit einer Dosierung von 0,05%, bezogen auf Trockensubstanz, eingesetzt wurde. Die verflüssigende Wirkung des Enzyms wurde durch 5minutiges Erhitzen der verflüssigten Stärke auf 121⁰C gestoppt, nachdem die partiell hydrolysierte Stärke einen DE-Wert zwischen 2 und 5 erreicht hat. Die partiell hydrolysierte Stärke wurde auf 55° C 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 48 Stunden Konversionszeit.

Tabelle I

Zusammensetzung der Konversions-Säfte

Pullulanase	Malz-Diastase	DE	Dextrose	Maltose	Maltotriose	DP₄ und	'■■ Fermentier
Dosierung	Dosierung					höher	bares
E/100 g TS	E/100 g TS		% TS	%TS	% TS	%TS	% TS
24 Stunden
0	25	42,3	0,6	60,0	11,8	27,6	72,4
0	50	45,5	2,7	61,5	11,9	23,9	76,1
0	100	47,3	3,2	63,5	12,3	21,0	79,0
0	200	49,4	3,6	66,5	12,0	17,9	82,1

Fortsetzung

Pullulanase
Dosierung

E/100 g TS

Malz-Diastase
Dosierung

E/100 g TS

DE

Dextrose % TS

Maltose %TS Maltotriose

%TS

DP₄ und
höher

%TS

Fermentierbares

%TS

24 Stunden	25
50	50
50	100
50	200
50	25
100	50
100	100
100	200
100	25
200	50
200	100
200	200
200
48 Stunden	25
0	50
0	100
0	200
0	25
50	50
50	100
50	200
50	25
100	50
100	100
100	200
100	25
200	50
200	100
200	200
200	Diast
a) 40 E MaIz-I	lalto
b) Dextrose, IV

48,6 49,9 51,7 52,5

49,7 51,4 52,2 53,4

50,5 51,5 52,5 53,6

43,5 47,6 51,1 51,9

51,5 52,8 54,7 56,2

52,9 54,3 54,2 55,7

52,8 52,4 54,3 54,9

0,9 2,9 3,5 2,7

1,7 1,4 2,5 4,2

0,5 2,3 1,6 1,6

1,9 3,3 4,0 3,8

2,4 3,4 4,5

1,5 1,9 2,8 3,5

1,2 1,5

2,4 3,7

70,0 70,4 71,9 73,4

71,5 72,8 72,2 73,4

74,0 72,4 76,0 76,4

61,6 64,5 67,0 71,1

72,0 75,0 75,0

75,5

75,4 76,5 77,2 77,6

76,0 76,5 77,0 77,6

1% dest. Gerstenmalz mit Lintner-Werten von 200-

13,7	15,4
13,6	13,1
14,6	10,0
14,2	9,7
15,5	11,3
16,3	9,5
16,6	8,7
15,0	.;.. 7,4
15,9	9,6
16,4	8,9
15,3	7,1
16,4	5,6
9,8	26,7
11,6	20,6
12,5	16,5
11,7	13,5
14,4	9,5
14,8	7,8
15,2	6,4
14,0	6,0
15,9	7,2
16,0	5,6
14,6	5,4
13,8	5,1
15,9	6,9
16,0	6,0
15,3	5,3
13,8	4,9
220⁰L	gleichwertig.

Tabelle II unten ist eine andere Anordnung eines Teiles der Werte aus der vorangegangenen Tabelle, um so 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 der Konversionsprodukte mit hohem Gehalt an Maltose und Fermentierbarem eingesetzt wird.

Tabelle II

Vergleich der DE-Werte von Konversionssäften 84,6 86,9 90,0 90,3 ■:■

88,7 90,5 91,3 92,6

90,4 91,1 92,9 94,4

73,3 79,4 83,5 86,5 90,5 92,2 93,6 94,0

92,8 94,4 94,6 94,9

93,1 94,0 94,7 95,1

Pullulanase Malz-Diastase DE
Dosierung Dosierung

(E/100 TS) (E/100 TS) 24 Stunden 48 Stunden

0	100	47,3	51,1
0	200	49,4	51,9
0	25	42,3	43,5
50	25	48,6	51,5
100	25	49,7	52,9
200	25 .	50,5	52,8

Pullulanase Malz-Diastase DE Dosierung Dosierung

(E/100 TS) (E/100 TS) 24 Stunden

48 Stunden

25
50

42,3 45,5

43,5 47,6 Tabelle III zeigt die Zusammensetzung von repräsentativen Hydrolysat-Säften und demonstriert, daß verminderte Dosierungen von maltogenem Enzym Sirupe es mit höherem Gehalt an Maltose und Fermentierbarem ergeben, als wenn höhere Dosierungen an maltogenem Enzym allein eingesetzt wurden, vorausgesetzt, daß das maltogene Enzym in Kombination mit Pullulanase

909 613/5

ίο

angewandt wurde. Die Ergebnisse zeigen auch, daß bei gegebenem DE-Wert durch die kombinierte Anwendung von Pullulanase und maltogenem Enzym höhere

Tabelle III Zusammensetzung der Hydrolysat-Säfte

Maltosegehalte erreicht werden, als durch den Einsatz von maltogenem Enzym allein.

Pullulanase	Malz-Diastase	DE	Dextrose	Maltose	Maltotriose	DP₄ und	Fermentier
Dosierung	Dosierung					höher	bares
E/100 g TS	E/100 g TS		%TS	%TS	%TS	%TS	%TS
24 Stunden
0	50	45,5	2,7	61,5	11,9	23,9	76,1
0	100	47,3	3,2	63,5	12,3	21,0	79,0
0	200	49,4	3,6	66,5	12,0	17,9	82,1
0	25	42,3	0,6	60,0	11,8	27,6	72,4
50	25	48,6	0,9	70,0	13,7	15,4	84,6
100	25	49,7	1,7	71,5	15,5	11,3	88,7
200	25	50,5	0,5	74,0	15,9	9,6	90,4
48 Stunden
0	50	47,6	3,3	64,5	11,6	20,6	79,4
0	100	51,1	4,0	67,0	12,5	16,5	83,5
0	200	51,9	3,8	71,1	11,7	13,5	86,5
0	25	43,5	1,9	61,6	9,8	26,7	73,3
50	25	51,5	4,1	72,0	14,4	9,5	90,5
100	25	52,9	1,5	75,4	15,9	7,2	92,8
200	25	52,8	1,2	76,0	15,9	6,9	93,1

Beispiel 2

Herstellung von Konversionsprodukten mit hohem

Maltosegehalt aus partiell mit Enzymen

hydrolysierter wachsiger Milo-Stärke

Dieses Beispiel demonstriert den verstärkenden Effekt der Pullulanase beim Einsatz mit Malz-Diastase zusammen bei der Konversion von wachsigen Stärken zu Konversionsprodukten mit hohem Gehalt an

Tabelle IV

Zusammensetzung von Konversions-Säften

Maltose und Fermentierbarem.

Wachsige Milo-Stärke wurde enzymatisch auf 5 DE verflüssigt, wie im Beispiel 1 dargelegt wurde, auf 50⁰C gekühlt auf pH 5,7 eingestellt und mit Pullulanase und Malz-Diastase-Enzymen gleichzeitig versetzt, wie in Tabelle IV gezeigt wird. In Tabelle IV werden auch die Analysen der Konversionssäfte nach 46 und 70 Stunden Konversionszeit dargelegt.

Pullulanase	Malz-Diastase	DE	Dextrose	Maltose	Maltotriose	DP₄ und	Fermentier
Dosierung	Dosierung					höher	bares
E/100 g TS	E/100 g TS		%TS	%TS	%TS	%TS	% TS
46 Stunden
0	20	38,5	2,75	54,5	8,35	35,4	64,6
100	20	47,6	3,4	73,0	16,9	6,4	93,6
200	20	48,9	1,3	73,5 .	16,3	7,6	92,4
0	80	44,7	4,1	60,5	10,3	25,1	74,9
100	80	51,4	3,2	73,0	16,7	7,1	92,9
200	80	51,9	3,1	75,5	19,3	2,1	97,9
70 Stunden
0	20	39,5	1,6	53,5	10,7	34,2	65,8
100	20	49,6	2,6	74,7	12,5	11,2	88,8
200	20	51,0	1,4	75,0	18,0	5,6	94,4
0	80	47,2	4,4	64,0	10,4	21,2	78,8
100	80	53,4	3,7	74,0	15,0	7,3	92,7
200	80	53,0	2,4	78,5	16,7	1,4	98,6

ii

Wie im Beispiel 1 gezeigt, ist der verstärkende Effekt, ausgelöst durch Pullulanase bei kombiniertem Einsatz mit maltogenen Enzymen, wieder augenscheinlich.

Be is pie I

Herstellung von Konversionsprodukten mit hohem Maltosegehalt aus Maisstärke und maltogenen

Enzymen aus anderen Quellen als Malz

Dies Beispiel verdeutlicht den verstärkenden Effekt von Pullulanase bei der Herstellung von Konversionsprodukten mit hohem Gehalt an Maltose und Fermentierbarem durch gleichzeitige Anwendung von Pullulanase und maltogenen Enzymen, und zwar anderen als jenen, die aus Malz gewonnen werden, zum Beispiel aus Bacillus polymyxa.

Ein Beispiel eines geeigneten maltogenen Enzyms ist das mikrobielle Enzym, welches vom Bakterium Bacillus polymyxa gebildet wird. Es kann von B. polymyxa ATCC 8523 gewonnen werden; die Aktivität des gewonnen Enzympräparats wird gemäß folgender Vorschrift ermittelt.

25

Enzym-Herstellung

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 40⁰C während 24 bis 144 Stunden gewonnen. Ein befriedigendes Medium enthält passende Mengen organischer oder anorganischer Stickstoffquellen, wie z. B. Maisquellwasser, Hefe-Extrakt, Trocken-Hefe, Rind-Extrakt, Pepton, Baumwoll- oder Sojabohnen-Mehl sowie anorganische Ammonium-Salze. Als Kohlenstoff-Quelle eignen sich Stärke, modifizierte Stärke, Stärkehydrolysate und ähnliches; ferner anorganische Salze.

Eine Herstellungsmethode für das Enzym wird im folgenden beschrieben.

Aus einer Platten-Kultur von B. polymyxa ATCC 8523 wurden Zellen in einen 500-ml-Erlenmeyer-Kolben überimpft, der ein steriles Nährmedium aus 4,0 g gemahlenem Gelbmais, 0,4 g Hefe-Extrakt, 0,5 g Calciumcarbonat und auf 100 ml aufgefülltes destilliertes Wasser enthält. Der beimpfte Kolben wird 48 Stunden bei 32° C in einem rotierenden Schüttelaggregat so bebrütet. Eine 10-ml-Portion der Kultur aus diesem Kolben wurde aseptisch in einen 1000-ml-Erlenmeyer-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 32° C inkubiert, während das Enzym gebildet und in das Kulturmedium abgegeben wurde. Der Inhalt der Kolben wurde nach 7tägiger Fermentation filtriert und das maltogene Enzym, welches in einer Menge vorhanden ist, die 0,2 Einheiten pro Milliliter äquivalent ist, wie unten beschrieben, als Filtrat 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-Lösung vorhandenen Enzym-Aktivität oder Enzym-Konzentration wurde wie folgt bestimmt:

Das Substrat für das Enzym bestand aus einer 10%igen wäßrigen Lösung von sprühgetrocknetem Säurehydrolysat aus Mais-Stärke mit 15 — 18 DE. Genau 50 ml der Lösung wurden in einen 100-ml-Meßkolben pipettiert. Dem Kolben wurden 5,0 ml eines l,0molaren Phosphat-Puffers von pH 6,5 zugesetzt. Der Kolben wurde in ein Wasserbad von 40° C gestellt. 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 Umschlagspunkt 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; ein Kontrollversuch ohne Enzym wurde hinzugefügt. Die Aktivität an maltogenem Enzym wurde wie folgt berechnet:

wobei

A =

Maltogene Enzym-Aktivität in Einheiten pro ml

Enzym-Präparat;
5 = Reduzierende Zucker im enzym-konvertierten

Muster in g/100 ml;
B = Reduzierende Zucker im Kontrollversuch in

g/100 ml;
E = 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% Trockensubstanz eingesetzt, nachdem diese partiell mittels Enzym gemäß Vorschrift in Beispiel 1 hydrolysiert worden war. Die Konversionen wurden bei 6O⁰C bei einem pH von 6,2 durchgeführt, wobei Enzymmengen verwendet wurden, wie sie in Tabelle 5 beschrieben werden.

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 durch 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.

Tabelle V

DE und Zusammensetzung von Hydrolysat-Säften hergestellt unter Verwendung von B. POLYMYXA maltogenen Enzymen und Pullulanase

Pullulanase B. POLY- Dosierung MYXA Dosierung (E/100 g TS) (E/100 g TS)	12 12	Bei	Hydrolysier- Zeit (Stunden)	DE	Dextrose %TS	Maltose % TS	Maltotriose %TS	Beisp	DP₄ und höher %TS	Fermentier bares %TS
O O	12 12	24 72	43,5 46,2	0,0 1,6	62,2 ■ 63,4	10,8 11,7	27,0 23,3	73 76,7
50 50	12 12	24 72	46,6 52,2	0,0 0,4	67,4 74,9	14,0 16,2	18,6 8,5	81,4 91,5
100 100	25 25	24 72	48,4 53,0	0,7 1,6	69,4 76,4	14,8 13,7	15,1. . 8,3	84,9 91,7
0 0	25 25	24 72	46,0 50,0	0,0 3,6	64,1 69,6	9,3 6,9	26,6 19,9	73,4 80,1
50 50	25 25	24 72	50,7 54,1	1,7 5,7	70,0 71,3	12,9 14,4	15,4 8,6	84,6 91,4
100 100	50 50	24 72	51.5 .55,3	2,4 2,9	72,0 76,4	14,7 13,5	10,9 7,2	89,1 92,8
0 0	50 50	24 72	50,9 52,2	3,9 5,6	66,1 69,0	8,6 6,3	21,4 19,1	78,6 80,9
50 50	50 50	24 72	52,8 56,1	4,3 5,3	70,9 75,9	12,1 9,1	12,7 9,7	87,3 90,3
100 100	100 100	24 72	54,5 56,7	2,9 4,8	74,8 79,5	13,6 9,3	8,7 6,4	91,3 93,6
0 0	100 100	24 72	52,6 54,7	6,3 6,8	69,1 73,3	4,2 0,8	20,4 19,1	79,6 80,9
50 50	100 100	24 72	55,2 58,3	5,8 9,1	75,9 76,7	8,7 5,6	9,6 8,6	90,4 91,4
100 100.	24 72	55,7 58,5	7,6 7,2	75,2 79,4	9,3 4,9	7,9 8,5	92,1 91,5
	spiel 4				iel 5

Eine 30-Gewichtsprozent-Lösung eines Maisstärke-Säure-Hydrolysates von 16 DE, das auf konventionellem Wege mittels Säurehydrolyse hergestellt wurde, wurde bei 55°C und pH 6,0 72 Stunden mit dem Betrag an Pullulanase und Malz-Enzymen konvertiert, der in der folgenden Tabelle angegeben wird. Die Ergebnisse der Konversion werden ebenfalls dargelegt.

Pullulanase	Malz	Konversionsergebnisse	Maltose
Dosis	Dosis	DE	gehalt
			% TS
(E/lOOgTS)	(E/100gTS)		4,1
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

Aufeinanderfolgende und gleichzeitige

Anwendung von Pullulanase und maltogenem Enzym zur Herstellung von Konversionsprodukten mit

hohem Maltosegehalt

Während es vom Standpunkt der Wirksamkeit um der Bequemlichkeit höchst wünschenswert ist, maltogc ne Enzyme und Pullulanase gleichzeitig zuzusetzen, un die partiell hydrolysierte Stärke zu Produkten mi hohem Maltosegehalt zu konvertieren, wird de günstige Effekt der Pullulanase sogar erhalten, wen: dies Enzym vor der Zugabe des maitogenen Enzym eingesetzt wird. Dies wird in diesem Beispiel erläutert.

Eine 30%ige Suspension von weißer Milo-Stärk wurde mittels Enzym verflüssigt, gemäß Vorschrift, wi* in Beispiel 2 erläutert. Sie wurde bei 55°C bei einem pt von 6,0 unter Verwendung von Pullulanase un Malz-Enzym-Dosierungen, die unten in Tabelle Vl aufgeführt werden, konvertiert. ■

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Tabelle VII

Wirkung von PuUulanase zusammen mit Konversions-Säften zu verschiedenen Zeiten

Pullulanase-Zeit insgesamt	PuUulanase Dosierung	Malz- Dosierung	DE Konversion	Hydrolysat-Zusammensetzung, DPj DP₂ DP3	67,2 72,1	14,0 17,0	%TS DP4 und höher	Fermentier bares³)
	E/100 g TS	E/100 g TS			54,8	14,2		%TS
24 Stunden vor Malz-Dosierung Mit Malz zusam.	100 100	25 25	50,2 53,2	5,1 2,8	50,4	9,5	13,7 8,1	86,3 91,9
24 Stunden nach Malz-Dosierung	100	25	41,1	1,6		29,4	70,6
Ohne PuUulanase (Kontrolle)	0	25	35,5	2,0	38,1	61,9

^a) Gesamtbetrag an DPi, DP₂ und DP₃.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Produkten mit hohem Maltosegehalt durch Konversion von Stärke mit maltogenen und l,6glukosidasischen Enzymen, dadurch gekennzeichnet, daß man partiell hydrolysierte Stärke mit einem DE nicht über 20 im Temperaturbereich von 50 —60⁰C in einer wäßrigen Aufschlämmung, welche einen Feststoffgehalt von 15 bis 40 Gew.-°/o besitzt, mit einem maltogenen Enzym-Präparat und einem Pullulanase-Enzym-Präparat so behandelt, daß ein Konversionsprodukt mit einem DE von mindestens 45 und einem Maltosegehalt von mindestens 50% sowie einem Gehalt von durch Hefe Fermentierbarem von mindestens 80%, wobei die Prozentangaben jeweils auf die Trockenmasse bezogen sind, erhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Konversionsprodukt zu einem Sirup mit einem Feststoffgehalt von mehr als 50%, in dem die Maltose wenigstens 50% der Festbestandteile, bezogen auf Trockenbasis, ausmacht, konzentriert wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pullulanase und das maltogene Enzym dem Konversions-Reaktionsgemisch gleichzeitig zugesetzt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pullulanase dem Konversions-Reaktionsgemisch vor dem Zusatz des maltogenen Enzyms zugesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das maltogene Enzym vor der Pullulanase dem Konversions-Reaktionsgemisch zugesetzt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das maltogene Enzym Bacillus polymyxa Amylase ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß das maltogene Enzym Malz-Diastase ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—7, dadurch gekennzeichnet, daß das Pullulanase-Enzym, das von Aerobacter aerogenes ATCC 8724 abstammt, eingesetzt wird.