DE1692721A1

DE1692721A1 - Verfahren zur Herstellung eines Zuckerersatzmittels

Info

Publication number: DE1692721A1
Application number: DE19661692721
Authority: DE
Inventors: Ernst Conrad; Georan Frostell
Original assignee: LYCKEBY STAERKELSEFOERAEDLING
Current assignee: LYCKEBY STAERKELSEFOERAEDLING
Priority date: 1965-11-29
Filing date: 1966-11-22
Publication date: 1970-05-27
Also published as: FI47626C; FR1502352A; FI47626B; CH489540A; NL138892B; DE1692721B2; DK136132B; BE690318A; IL26905A; NL6616422A; GB1169538A; SE308980B; NO121493B; LU52387A1; DK136132C

Description

Dr.ing. E. fcfü
Dipl.lng. H. Bei!(3nfeld

._v 5 Köln-Li 3

'UniversiiähslrojSe 31

Lyckeby Stärkelseförädling AB
Lyckeby, Schweden /

Verfahren zur Herstellung eines Zuckerersatzmittels,

Es ist bekannt, für die Herstellung von üblicherweise Zucker enthaltenden Produkten, wie z.B. Bonbons, Konfekts und anderen Süsswaren, zwecks Vermeidung der Gefahr der Kariesbildung Sorbitol zu verwenden. Der Vorteil der Verwendung von Sorbitol besteht darin, dass Sorbitol keine Gärung .verursacht, was als die Hauptursache für die Kariesbildung und andere ungünstige Einflüsse auf die Zähne angesehen wird.

Es hat sich jedoch erwiesen, dass der Genuss von Sorbitol enthaltenden Lebens- und Genussmitteln, wie z.B. Bonbons, häufig Verdauungsstörungen herbeiführt, begründet durch die geringe Resorption von Sorbitol im Darm, wodurch eine abführende Wirkung verursacht wird. Bei empfindlichen Personen beginnen solche Beschwerden nach dem Genuss von etwa 50 g reinem

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Sorbitol; andere Personen mögen erhebli.ch grössere Mengen Sorbitol vertragen, ohne dass irgendwelche Nebeneffekte auftreten.

Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, dass offensichtlich ein Bedarf für einen weiteren und besseren Ersatz von Zucker zwecks Verwendung in Bonbons, Konfekts und ähnlichen Produkten besteht, und zwar soll ein derartiger Zuckerersatz keine Verdauungsstörungen herbeiführen und muss _ ausserdem das Kariesrisiko verringern.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen derartigen verbesserten Zuckerersatz, der keine abführende Wirkung hat und der keine oder nur äusserst geringe Kariesangriffe auf die Zähne verursacht.

Die Grundstoffe für den erfindungsgemässen Zuckerersatz sind Polysaccharide, z.B. Stärke, und der erfindungsgemässe Zuckerersatz wird dadurch hergestellt, dass ein Polysaccharide z.B. Stärke, einer partiellen Hydrolyse unterworfen wird, z.B. bei erhöhter Temperatür von etwa 150° C, unter sauren, schwach hydrolyslerenden Bedingungen wie einem pH-Wert zwischen 2 und 4 unter Benutzung einer schwachen organischen oder anorganischen Säure oder eines sauren Salzes als saures Medium. Bei der Hydrolyse werden Temperatur, pH-Wert und Druck so aufeinander abgestimmt, dass die gewünschte partielle Hydrolyse des Ausgangsmaterials erhalten wird.

Vorzugsweise wird die schwache partielle Hydrolyse jedoch unter Anwendung eines schwach-aktiven Enzyms durchgeführt, wobei die Hydrolyse unter optimalen Bedingungen für das

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angewandte spezifische Enzym vorgenommen wird.

Das für die Hydrolyse von Stärke angewandte Enzym ist vorzugsweise ein Enzym mit schwach hydrolysierender Wirkung.

Es sind viele Enzyme dieses Typs auf dem Markt zugänglich. Ein besonders geeignetes Enzym ist das von Novo A/s, Kopenhagen, Dänemark, unter der Bezeichnung "alpha-Araylase" vertriebene Enzym.

Ein vorzugsweise geeignetes Polysaccharid-AusgangsmaterJal ist Stärke, z.B. Maisstärke oder Kartoffelstärke.

Durch die partielle Hydrolyse der Stärke wird diese hauptsächlich zu Dextrinen und niedrigeren Poly- oder Oligosaccharidon umgewandelt, die 2 - 20 Monosaccharideinheiten, vorzugsweise 5-10 Monosäecharideinheiten, enthalten, während freie Monosaccharide, z.B. Glukose oder Disaccharide, überhaupt nicht oder nur in begrenztem Umfang gebildet werden. Gomäss der Erfindung wird die Hydrolyse so durchgeführt, dass die PoIy- oder Oligosaccharide im Durchschnitt ungpfähr 5'-5 Monosaccharideiriheiten, z.B. 4 Monosäecharideinheiten, enthalten, wobei der Gehalt an reduzierenden Gruppen geringer ist als einem 15 ^-igen Dextroseäquivalentwert entspricht. Wenn der gewünschte Abbau erreicht ist, ifird die Hydrolyse unterbrochen, was im Falle der Durchführung der Hydrolyse in saurem Milieu und bei erhöhter Temperatur durch Neutralisierung der Säure und/oder Herabsetzung der Temperatur geschieht, während im Fall der enzymatischen Hydrolyse die Unterbrechung durch Erhöhung der Temperatur zwecks Zerstörung des Enzyms geschieht^

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Gemäss einer Ausführungsform des Verfahrens wird das hydrolysierte Material' zwecks weiterer Verminderung der Menge gärbarer Mono- und Disaccharide einer Fermentation unterworfen, in welchem Fall das Hydrolysenprodukt einen Gehalt an reduzierenden Gruppen aufweisen kann, der grosser ist als einem 15 %-igen Dextroseäquivalentwert entspricht, da bei der Fermentation eine Verminderung der Menge reduzierender Substanzen unter diesen Grenzwert erfolgt.

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Die durch die partielle Hydrolyse von Stärke erhaltenen Dextrine und niedrigeren Poly- oder Oligosaccharide werden dann in bekannter Weise.einer vollständigen Hydrierung unterworfen, vorzugsweise bei erhöhter Temperatur, unter Anwendung von beispielsweise Raney-Nickel als Katalysator.

Durch die Hydrierung werden alle reduzierenden Monosaecharidgruppen, die in Endposition der Dextrine oder PoIy- oder Oligosaccharide vorhanden sind, in vollständig hydrierten Zustand übergeführt, d.h. es erfolgt die Bildung einer Polyolverbindung. Hierdurch wird die Gärbarkeit des Materials sehr erheblich herabgesetzt.

Die hydrierte Mischung von Dextrinen und Poly- oder Oligosaccharide^ die wie vorstehend angegeben erhalten wird, und die im Durchschnitt 3-5 Monosaccharideinheiten per Molekül enthält, hat einen niedrigeren Süssigkeitsgrad als Saccharose, und zwar auf Grund der Tatsache, dass Mono- oder Disaccharide in der Hydrolysierungsstufe nicht* oder nur in einem geringen Grad gebildet worden sind oder dass diese in der fakultativen Fermentationsstufe entfernt worden sind. Aus diesem Grund wird, falls gewünscht, das in der Hydrierungsstufe erhaltene Produkt mit einem künstlichen Süßstoff wie Saccharin oder Natriumcyclamat in einer solchen Menge gemischt, dass ein Süssigkeitsgrad erzielt wird, der dem von Saccharose entspricht. Auf diese Weise erreicht man, dass* die erhaltene Mischung eine entsprechende Menge Saccharose bei der Herstellung von Lebens- und Genussmitteln verschiedenster Art einschliesslieh Bonbons und anderer SÜssigkeiten ersetzen kann.

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Das erfindungsgemässe Produkt kann als viskoser Sirup, d.h. in Lösung, erhalten werden> aber es ist auch möglich, die Lösung einer Trocknung zu unterwerfen, so dass ein weisses Pulver mit einem nur geringen Grad an Hygroskopizität erhalten wird. Das Trocknen kann in üblicher Weise, z.B. durch Zerstäubungstrocknung, Walztrocknung oder Gefriertrocknung, durchgeführt werden.

Die Erfindung.wird weiter durch die folgenden spezifi-. sehen Beispiele erläutert, in denen die Teil- und Prozentangaben sich auf das Trockengewicht beziehen, falls nichts anderes angegeben ist, und in denen die Temperatur in Celsiusgraden angegeben ist.

Beispiel 1. Saure Hydrolyse.

Eine Aufschlämmung von Kartoffelstärke ₃ die 4-5 % Trockensubstanz (2 000 kg Kartoffelmehl, das 1 800 kg trockene Stärke enthält, und-2000 1'Wasser) enthält, wurde mit 5 1 37 /o-iger technischer Chlorwasserstoffsäure gemischt. Der pH-Wert der ,Mischung war 2,2. Die Verzuckerung wurde in 30Minuten bei . I30⁰ und einem Ueberdruck von 3 Atmosphären durchgeführt, um die Stärke in ein dextrinhaltiges Abbauprodukt überzuführen. Die Menge reduzierender Substanzen, berechnet als Dextrose, war Q 12 %. Der Ansatz wurde mit 2Q 1 einer 15 %-igen Natriumearbonatlösung bis auf einen pH-Wert von 6,5 neutralisiert. Die Lösung· wurde mit Hilfe von Aktivkohle entfernt und die festen

σ Substanzen wurden durch Zentrifugieren entfernt. Dann wurde

^⁴ ein Raney-*Nickel-Katalysator in einer Menge von 2 %, d.h.

36 kg, zugesetzt. Die Hydrierung wurde bei einem Wasserstoffdruck von 75 Atmosphären und bei einer Temperatur von 145 durchgeführt. Der Wasserstoff verbrauch war 30 rc? Wasserstoff,

berechnet auf Normal-Druck-Temperatur. Die Hydrierung wurde in üblicher Weise durchgeführt und bis Erreichung eines Gleichgewichtes -"fortgesetzt, d.h. alle reduzierenden Substanzen wurden hydriert. Der Katalysator wurde durch Separierung entfernt.

Zwecks Entfernung von Metall- und Säureionen wurde die Lösung durch ein Kationenaustauscherharz und durch ein Anionenaustauscherharz hindurchgeleitet, danach wurde die Lösung durch Vakuumverdampfung konzentriert und zwecks Erhalt eines nicht hygroskopischen Pulvers sprühgetrocknet.

Wenn man beabsichtigt, ein Produkt herzustellen, das direkt als Saccharoseersatz angewandt werden kann, versetzt man die konzentrierte Lösung vor der Zerstäubungstrocknung mit Natriumeyclamat in einer Menge die 10 gram pro kg Trockensubstanz entspricht. . .

Beispiel 2. Enzymatische Hydrolyse.

Die 45 ya-ige Stärkesuspension gemäss Beispiel 1 wurde mit 5 kg Enzym (bakterielle alpha-Amylase z.B. von Novo A/s,-Kopenhagen, Dänemark) gemischt. Der pH-Wert der Lösung war 6,2. Durch Zusatz von ifetriumcarbonatlösung wurde der pH-Wert auf 7,5 eingestellt. Die, Suspension wurde für 15 Minuten auf

eine Temperatur von 9° erhitzt. Dann wurde das Enzym durch ο

Erhitzung während 5 Minuten auf eine Temperatur von 110 ^₀ inaktiviert. Das Endprodukt war eine Lösung, die hauptsächlich

-«*. dextrinhalt ige Abbauprodukte enthielt. Der Gehalt an reduo

° zierender Substanz, berechnet als Dextrose, war 4,6 %, Die ^ω . Lösung wurde entfärbt, abgetrennt und wie im Beispiel 1 beschrieben hydriert. In der Hydrierungsstufe wurden 26 nr Wasserstoff bei iTor-mal-Druok-Temperatur verbraucht.

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-τ- , -■■;

Beispiel 3· Zwischengeschaltete Fermentation der 'Mono- und Disaccharide.

Um einen möglichst geringen Gehalt an Mono- und Disacchariden zu erhalten, wurde folgende zwischengeschobene Stufe bei dem Verfahren gemäss Beispiel 1 angewandt.

Durch Erhöhung der Verzuckerungszeit im Beispiel 1 von 30 Minuten auf 60 Minuten (oder von-15 Minuten gemäss Beispiel 2 auf 60 Minuten) wurde ein Reduzierungswert von 27 % erzielt. Die Lösung wurde unter Anwendung von l8 1 einer 15 $-igen Natriumcarbonatlösung zwecks Erhalt eines pH-Wertes von 5,0 neutralisiert. Die Temperatur wurde auf 30° eingestellt und 10 kg Brauereihefe (Saccharomycetes cerevisiae) wurden zugefügt. Die Fermentation wurde in üblicher Weise durchgeführt und war nach etwa 48 Stunden abgeschlossen, als die Kohlensäurebildung beendet war. Die Menge reduzierenden Zuckers ist dann auf etwa 1,2 % herabgesetzt worden. Die Lösung wurde mit Hilfe von Aktivkohle entfärbt und filtriert. Die erhaltene klare Lösung wurde wie früher beschrieben hydriert. Die

verwendete Wasserstoffmenge war 12 m bei Normal-Druck-Temperatur .

Die hydrierte Lösung wurde von dem Katalysator getrennt^ filtriert und mit Ionenaustauscherharzen behandelt. In der anschliessenden Verdampfungsstufe wurde der gebildete Alkohol entfernt.

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Claims

Pa tentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Zuckerersatzmittels, vorzugsweise zur Verwendung in Bonbons, Konfekts und anderen Süsswaren, dadurch gekennzeichnet, dass man polysaccharidhaltiges Ausgangsmaterial, vorzugsweise Starke, zu einem Produkt hydrolysiert, das aus Dextrinen .und/oder niedrigeren Poly- oder Oligosacchariden besteht, die 2-20 Monosaccharideinheiten, vorzugsweise 3-10 Monosaccharideinheiten, enthalten, bei denen der Mittelwert an Monosaccharideinheiten per Molekül 3-5 und vorzugsweise 4 ist, wobei der Gehalt an reduzierenden Gruppen geringer ist als einem 15 $-igen Dextroseäquivalentwert entspricht, und dass man anschliessend das Dextrine und/oder niedrigere Poly- oder Oligosaccharide enthaltende Produkt hydriert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man zwecks Erhöhung des Süssigkeitsgrades dem durch die Hydrierung erhaltenen Produkt Süßstoffe wie z.B. Saccharin oder Natriumcyclamat in einer solchen Menge zusetzt, dass der Süssigkeitsgrad demjenigen von Zucker entspricht.

3· Modifikation des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Hydrolysierungs- und die Hydrierungsstufe eine Fermentationsstufe zwecks Vergärung der in der Hydrolysierungsstufe gebildeten vergärbaren Mono- und Disaccharide naftkgeseha.ltet wird, in welchem Fall die Menge

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der in der Hydrolysierungsstufe gebildeten Stoffe mit reduzierbaren Gruppen 15 % des Dextroseäquivalentwertes übersteigen kann, da in der nachgeschalteten Fermentationsstufe der Dextroseäquivalentwert auf unter 15 % gesenkt wird.

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