DE1942748A1

DE1942748A1 - Verfahren zur Verzuckerung eines Staerkehydrolysats

Info

Publication number: DE1942748A1
Application number: DE19691942748
Authority: DE
Inventors: Larson Roy Frederick; Hurst Thomas Lighthall; Turner Allmerin Williard
Original assignee: Tate and Lyle Ingredients Americas LLC
Current assignee: Primary Products Ingredients Americas LLC
Priority date: 1968-08-26
Filing date: 1969-08-22
Publication date: 1970-03-05
Also published as: DE1942748B2; NL6912964A; US3630844A; FR2016403A1; BE737923A; IT954044B; GB1268081A; NL164607B; JPS5434059B1; NL164607C

Description

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Anmelder; A.E. Staley Manufacturing Company

Verfahren zur Verzuckerung eines Stärkehydrolysats

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verzuckerung eines verdünnten Stärkehydrolysats, mit dem sich ein Stärke-Konversions-Sirup mit hohem D.E. (Dextrose-Äquivalent), einem hohen P.E. (fermentierbarer Extrakt) -Wert und einem begrenzten D.-Gehalt (vorhandene Dextrose bezogen auf die Trockensubstanz) zubereiten läßt.

Die vielseitige allgemeine Technologie zur Herstellung von Sirup aus Stärkö, häufig als Stärke-Konversions-Sirup bezeichnet, ist einschlägig bekannt. Ein Stärke-Konversions-Sirup, der eine besondere Bedeutung im Handel gewonnen hat, ist der "Mais-Sirup" oder Sirup, der aus Mais-Stärke hergestellt worden ist. Seit längerer Zeit besteht jedoch eine ausgesprochene Nachfrage nach speziellem Typen von Stärke-Konversions-Sirup, beispielsweise einem Sirup mit hohen F.E,- und D.E.-Werten und einem sorgfältig eingestellten Dextrose-Gehalt. Solche Sirup-Spezialtypen sind recht verschieden gegenüber dem einfachen oder allgemein gebräuchlichen Maissirup-Typ.

Die Spezialarten an Stärke-Konversions-Sirup eignen sich besonders gut für die Verwendung in bestimmten Industrie-

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zweigen. Beispielsweise kann man einen solchen Sirup als "Brau-Zusatz" bei der Herstellung von Bier verwenden. Eine andere Benutzungsart ergibt sich in dem sogenannten "Bräu-Verfahren", von dem weit verbreitet in gewerblichen Bäckerelen Gebrauch gemacht wird. Diese Sirup-Arten sind wichtig für die Brauerei- und Bäckerei-Industrien in erster Linie deswegen, weil sie eine relativ hohe Konzentration (mehr als 77 % und vorzugsweise mehr als 80 %) an fermentierbaren Sacchariden (in erster Linie Dextrose und Maltose) aufweisen, jedoch unter normalen Lagerungsbedingungen klar und flüßig bleiben. Andere Verwendungszwecke für diese Spezialarten von Stärke-Konversions-Slrup werden sich noch ergeben, Insbesondere dann, wenn ein solcher Sirup preisgünstig erhältlich ist.

Vom geschmacklichen Standpunkt aus ist es meist wünschenswert, daß der Dextrose-Gehalu der Stärke-Spezialart einem hohen Süßigkeitsgrad entsprechend gehalten wird. Jedoch muß sorgfältig darauf geachtet werden, daß der Dextrose-Gehalt 47 % D.S.B, nicht übersteigt, weil sonst eine zu starke Kristallisation oder ein "Pestwerden" des Sirups eintritt. Unter ungünstigen Lagerungsbedingungen, wie sie beispielsweise erfahrungsgemäß während der Herbst- und Winter-Periode vorliegen, wurde Kristallisation bei Dextrose-Konzentrationen zwischen 4l bis 45 % D.S.B, entdeckt..

Eine ideale Sirup-Spezialart würde demzufolge eine solche sein, die reich an fermentierbaren Sacchariden ist, jedocn eine Dextrose-Konzentration gerade unterhalb derjenigen Konzentration aufweist, die Kristallisation verursacht.

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Ein solcher Spezial-Sirup würde beispielsweise ein Sirup sein, der einen D-Gehalt von etwa 40 Jß, einen D.E.-Wert von etwa 70 % und einen F.E.-Wert von mehr als 8o % aufweisen würde.

Repräsentativ für den Stand der Technik, der sich mit der Herstellung von Spezialarten von Mais-Sirup, die sich von üblichem Glukose-Sirup oder C.S.U. ( ungemischter Mais-Sirup), hergestellt durch direkte Säureumwandlung, unterscheiden, sind die amerikanischen Patentschriften 2.201.609, 2.822.303, 2.89I.869 und 3.137.639. Zwar wird in allen diesen genannten Patentschriften eine spezielle Methode zur Herstellung eines Sirups, ausgehend von einer verdünnten Stärke, z.B. mit Säure verdünnter Stärke, und nachfolgender Vervollständigung des Stärkeumwandlungs-Prozesses mit Enzymen beschrieben; jedoch ist unter diesen die amerikanische Patenschrift 3·137*639 von besonderem Interesse. In dieser Patenschrift wird eine Arbeitsweise beschrieben, die zur Gewinnung einer Spezialart an Mais-Sirup mit einem D.E. von 68 bis 75 %, einem F.E. von im Minimum 77 % und einem D. von maximal k'J % führt und bei der unter Verwendung einer Kombination von Enzymen aus ß-Amylase und gereinigter Amyloglucosidase verwendet wird.

Wie in der amerikanischen Patentschrift 3.137.639 erwähnt ist, haben verschiedene Probleme vorgelegen, die zu überwinden waren, bevor man zu einem Sirup kommen konnte, der einen hohen D.E.-Viert, einen hohen F.E.-Wert und einen Dextrose-Gehalt hat, der unterhalb demjenigen liegt, bei dem Kristallisation auftreten kann. Eines der Probleme, das speziell angeschnitten wurde, besteht darin, daß

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während der Verzuckerung die Produktion von Dextrose selectiv unterdrückt werden muß, ohne daß die Produktion anderer fermentierbarer Saccharide unerwünscht beeinflußt wird. Ein anderes bei dem Verfahren auftretendes Problem bestand hinsichtlich der Einregulierung oder Verminderung der Menge an Verunreinigungen oder Farbstoffträgern, die während der Verzuckerung entstehen, und in der dadurch möglichen Verringerung des Erfordernisses zur extensiven Raffination oder Reinigung des Sirups. Da ein hoher Prozentsatz der i'n dem verzuckerten Produkt vorhandenen Verunreinigungen aus der hoch aktivierten Malz-Diastase stammt, wurde vorgeschlagen, die Verunreinigungen in dem Sirup dadurch zu reduzieren, daß die während der Verzuckerung benutzte Menge an Malz-Amylase oder Malz-Diastase erniedrigt wird. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß diese Maßnahme unbefriedigend ist, da dadurch die benutzbaren pH-Grenzen, innerhalb deren ein Sirup mit einem hohen D.E. und F.E. hergestellt werden konnte, ebenfalls reduziert wurden. Dadurch wurde die konsequente Produktion einer Sirup-Spezialart schwierig, da jegliche Veränderung an dem pH-Wert des Verzuckerungssystems immer zu einem Sirup führte, der eine gegenüber der gewünschten verschiedene Zusammensetzung aufwies.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beheben und eine Maissirup-Spezialart mit den gewünschten guten Eigenschaften zu schaffen und ein Verfahren zu deren Herstellung in Vorschlag zu bringen, dae wirksamer und ökonomischer als die bisher benutzten Verfahren ist.

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Diese Aufgabe wird gelöst mittels eines Verfahrens der eingangs erwähnten Art zur Verzuckerung eines verdünnten Stärke-Hydrolysatree , bei welchem das Stärke-Hydrolysat mit einer Enzym-Kombination in Kontakt gebracht wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man als Enzym-Kombination eine solche aus Diastase, Glucoamylase und Amylo-l,6-glucosidase einsetzt und diese unter solchen Bedingungen und über solche Zeitspannen einwirken läßt, daß ein Stärke-Konversions-Sirup erhalten wird, der ein Minimum-Dextrose-Äquivalent von 68 %, einen Minimum-Wert an fermentierbarem Extrakt von 77 % und einen maximalen Dextrose-Gehalt von 47 % aufweist.

Es gelingt erfindungsgemäß demzufolge, ein Verzuckerungsprodukt zu gewinnen, da£ einen hohen P.E.-Wert, einen hohen D.E.-Wert, einen D-Gehalt unterhalb demjenigen liegend, der Kristallisation des verzuckerten Produktes verursachen könnte, aufweist und das einen wesentlich geringeren Asche- und Protein-Gehalt besitzt.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens führt zu einer Zubereitung eines Mais-Sirups mit einem D.E.-Wert im Bereich von 68 bis 75 % und den angegebenen Werten für F.E. von mindestens 77 # sowie D. von maximal etwa 47 %»

Das erfindungsgemäße Verfahren hat u.a. den Vorteil, daß man den Dextrose-Gehalt des Sirups in relativ einfacher Weise innerhalb eines vorbestimmten Bereiches einstellen kann.

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In der beiliegenden Zeichnung sind Auswirkungen der erfindungsgemäßen Arbeitsweise beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 in graphischer Darstellung den Effekt einer Verminderung an Malz-Amylase auf den wirksamen pH-Bereich beim Verzuckern von Stärke,

Fig. 2 in graphischer Darstellung den Effekt der Anwesenheit von Amylo-l,6-glucosidase auf ein Verzuckerungssystem, in welchem die Malz-Amylase reduziert worden ist,

Fig. 3 in graphischer Darstellung den Effekt einer Verminderung an Malz-Amylase auf den wirksamen pH-Bereich für die Verzuckerung von Stärke in Anwesenheit einer konstanten Menge an Fungal-a-Amylase, und

Fig. 4 in graphischer Darstellung den Effekt der Anwesenheit einer konstanten Menge an Amylo-1,6-glucosidase und Fungal-a-Amylase auf ein Verzuckerungssystem, in welchem die Malz-Amylase reduziert worden ist.

Die obere horizontale Linie in den Figuren 1 bis 4 repräsentiert den pH-Wert (6,5 bis 6,7)* bei dem die Produktion von Dextrose durch die Wirkung von Glucoamylase wesentlich vermindert ist.

In der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen sind fortlaufend bestimmte Abkürzungen verwendet worden. Diese Abkürzungen sind in den nachfolgend angegebenen Bedeutungen zu verstehen.

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- τ —

"D.E." ist die üblicherweise benutzte Abkürzung für das sogenannte "Dextrose-Äquivalent" eines Stärke-Konversions-Sirups und stellt ein Maß für den Gehalt an reduzierenden Zuckern (wie Dextrose, Maltose, höhere Zucker) und Dextrine in dem Sirup, ausgedrückt als Dextrose, dar.

"F.E." ist die üblicherweise verwendete Abkürzung für den sogenannten Gehalt an "fermentierbarem Extrakt" eines Stärke-Konversions-Sirups. Der fermentierbare Extrakt wird mittels der Methode der Com Industries Research Foundation (Method E-28 of "Standard Analytical Methods of the Member Companies of the Corn Industries Research Foundation", 1958)bestimmt. Bei dieser Methode wird eine Probe des Sirups unter sorgfältig eingestellten Bedingungen mit Backhefe vergoren. Der "fermentierbare Extrakt" oder das "Fermentierbare" ist die Differenz zwischen der Trockensubstanz der Original-Probe und der verbleibenden Trockensubstanz nach der Fermentation.

Die Bezeichnung ¹¹D." ist die Abkürzung für den Dextrose-Gehalt eines Sirups (im Unterschied zu dem Gehalt an sonstigen Zuckern und Dextrin) und ist angegeben als Gewichtsprozent an Dextrose in einem Sirup D.S.B, (auf Beds der Trockensubstanz). Standardisierte Methoden zur Bestimmung von D.E.-, F.E.- und D.-Werten sind bekannt und werden in verschiedenen Veröffentlichungen beschrieben. Gegebenenfalls kann man den Maltose-Gehalt eines Sirups angenähert zufriedenstellend dadurch bestimmen, daß man den Wert für den D.-Gehalt von dem F.E.-Wert substrahiert.

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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich ganz allgemein durch seineWlrksamkeit, einfache Ausführungsweise, gute Reproduzierbarkeit sowohl bei kleinen als auch bei großen technischen Ansätzen, die Möglichkeit, daß man es sowohl in Einzelansätzen als auch in kontinuierlicher Arbeitsweise und den üblichen Einrichtungen durchführen kann, sowie die Leichtigkeit, mit der sich das Enzym-Umsetzungsprodukt reinigen und zu dem fertigen Sirup aufarbeiten läßt» aus. Es lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Sirup-Spezialarten bequem herstellen, wenn man folgende Arbeitsschritte unter den nachfolgend angegebenen Bedingungen durchführt:

1. Durch Vermischen von körniger Stärke mit Wasser auf eine Konzentration von 20 bis 25° Baume wird eine Stärkeaufschlämmung zubereitet.

2. Die Stärkeaufs chlämmung wird dann entweder unter Verwendung einer Säure oder eines Enzyms oder einer Kombination beider Substanzen auf einen D.E.-Wert von vorzugsweise 15 bis 20 verdünnt.

3. tie verdünnte Stärkeaufschlämmung wird anschließend gegebenenfalls auf einen pH-Wert von 4,0 bis 6,5* vorzugsweise einen pH-Wert von 4,5 bis 5*9* und auf einen Peststoffgehalt von 20 bis 55 % eingestellt.

4. Das eingestellte Stärke-Hydrolysat wird verzuckert

in der Weise, daß man ein Enzym-Gemisch aus Diastase oder Amylase, wie beispielsweise α- und/oder ß-Amylase, gereinigter Glucoamylase, die praktisch frei von Transglucosidase ist, und Amylo-l,6-glucosidase zugibt und das

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Hydrolysat bei einer Temperatur von 53 bis 55*2° C während einer Zeitspanne von 24 bis 100 Stunden oder eine zur Erzielung eines Sirups mit einem D.E. von 68 bis 75 %, einem P.E. von im Minimum etwa 77 % und einem maximalen D.-Gehalt von etwa 47 % ausreichende Zeit lang hält.

5. Nachdem der gewünschte Sirup erhalten worden ist, werden die Enzyme durch Erhitzen der Mischung auf eine Temperatur zwischen 74 bis 93 C inaktiviert.

6. Schließlich wird der Sirup gereinigt und auf 40 bis 45° Baume und einen Feststoffgehalt an 78 bis 85 # konzentriert.

Von den zuvor beschriebenen 6 Verfahrensschritten ist die Verzuckerungsstufe der bedeutsamste Schritt.

Die Verzuckerungsstufe, das ist der Arbeitsgang, bei welchem ein verdünntes Stärke-Hydrolysat zu einem Sirup einer bestimmten Zusammensetzung umgewandelt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß man ein Stärke-Hydrolysat in Kontakt bringt mit einer Enzym-Zusammensetzung, die (a) Diastase (ein diastatisches Enzym, das die Fähigkeit hat, Stärke zu Maltose und höheren Sacchariden zu hydrolysieren), wie beispielsweise ß- und/oder a-Amylase, (b) Glucoamylase (ein Enzym, welches die Fähigkeit hat, Stärke zu Dextrose zu hydrolysieren) und (c) Amylo-l,6-glucosidase (ein Enzym, welches die Fähigkeit hat, die Amylopektin-Fraktion der Stärke an dessen 1-6-glucosidischen Bindungen zu hydrolysieren) enthält.

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Das Enzym Diastase kann aus einer Vielzahl von Quellen abgeleitet sein, beispielsweise Pflanzen, Tieren oder Mikroorganismen, und kann entweder ungereinigt oder gereinigt verwendet werden. Eine gebräuchliche Diastase-Quelle und insbesondere eine solche, die eine hohe Konzentration an ß-Amylase aufweist, ist Gerstenmalz. Gerstenmalz ist im Handel unter verschiedenen Handelsbezeichnungen" unterschiedlicher Hersteller erhältlich, beispielsweise als Promalt 72, eine enzymatisch hoch aktive gemälzte Gerste, hergestellt von der Firma Proedtert Malt Company, Milwaukee, Wisconsin, USA. Andere Diastase-Arten, wie beispielsweise Fungal-a-Amylasen, können ebenfalls verwendet werden. Eine typische im Handel erhältliche Zubereitung von Fungal-a-Amylase ist das Produkt Rhozyme 33 der Firma Rohm & Haas. Mit Vorteil lassen sich auch solche a-Amylasen verwenden, die aus dem Organismus Aspergillus oryzae erhalten wurden, oder bakterielle a-Amylasen, wie diejenigen, die in dem Produkt Rhozyme H-39 der Firma Rohm & Haas enthalten sind. Eine Mischung oder Kombination von Amylasen, beispielsweise ein Gemisch aus Malz und Punga 1-Amylasen, hat. sich besonders zweckmäßig für die Herstellung eines Sirups mit hohen P.E.- und D.E.-Werten und einem kontrollierten D.Gehalt erwiesen.

Die Menge an Diastase, die in Kombination mit Glucoamylase und Amylo-l,6-glucosidase erforderlich ist, um Stärke zwecks Herstellung eines Sirups mit hohen P.E.- und D.E.-Werten in einem kontrollierten D.-Gehalt zu verzuckern, ist verschieden, je nachdem aus welcher Quelle das Enzym stammt und welche Reinheit es hat. In den meisten Fällen, so z.B. wenn eine

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Diastase als solche beispielsweise eine a-Amylase verwendet wird, werden so geringe Mengen wie 0,001 %, und vorzugsweise Mengen von 0,01 bis 0,03 %* bezogen auf die Stärke-Trockensubstanz, benutzt. Wenn eine enzymatisch hoch aktive gemälzte Gerste als Quelle für die Diastase verwendet wird, dann können so geringe Konzentrationen an Malz wie 0,1 £ benutzt werden, und es ist möglich, daß unter bestimmten Bedingungen sogar weniger verwendet werden kann. Vorzugsweise wird man Mengen von 0,1 bis 0,5 oder 1,-θ % einsetzen. Zwar kann man auch größere Mengen, das sind Mengen von mehr als 1,0 %, benutzen, diese stärkeren Konzentrationen sind nicht erforderlich, wenn in dem Verzuckerungssystem Amylo-1,6-glucosidase vorhanden ist. Dieser Vorteil ist graphisch in Figur 2 demonstriert. Weiterhin sollte, wenn Malz als die Quelle der Diastase verwendet wird, die Menge zweckmäßig auf einem Minimum gehalten werden und im allgemeinen 1,0 % nicht übersteigen, weil das Malz zur Bildung von gefärbten Stoffen und anderen Verunreinigungen in dem Sirup beiträgt.

Wie zuvor bereits angegeben wurde, besteht einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung darin, daß beachtlich geringere Mengen an Malz für die Verzuckerung erforderlich sind, wenn Amylo-l,6-glucosidase in dem Enzym-Gemisch vorhanden ist. Wenn man wesentlich geringere Mengen an Malz verwendet, dann gewinnt man einen Sirup, der einen sehr viel niedrigeren Asche-Gehalt hat und weniger gefärbte Substanz aufweist. Dadurch bleibt das Ionenaustauscherharz, das normalerweise bei der Reinigung von Stärke-Konversions-Sirup benutzt wird, über eine längere Zeitspanne ohne Regenration arbeitsfähig. Bisher war es

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außerordentlich schwierig, eine Produktion dieses Stärke-Sirup-Spezialtyps im industriellen Maßstab durchzuführen, weil der arbeitsfähige pH-Bereich für die Verzuckerung im gleichen Maße wie der Malz-Gehalt reduziert wurde. Wie in Figur 1 veranschaulicht ist der arbeitsfähige pH-Bereich für die Gewinnung eines Sirups mit einem D.E. von etwa 70 %, einem D.-Gehalt von etwa 40 %⁽, und einem F.E.-Wert von mehr als 80 % extrem eng (0,2 bis 0,3 pH-Einheiten), wenn etwa 0,2 # Malz in dem Verzuckerungs- w system verwendet wurden. Wie man Jedoch weiterhin aus Figur 1 erkennt, konnte der arbeitsfähige pH-Bereich auf etwa 1,5 bis 1,7 Einheiten vergrößert werden, falls der Malz-Gehalt um einen Faktor von etwa 10 oder auf etwa 2,0 % erhöht wurde.

In Figur 2 ist erkennbar, daß der arbeitsfähige pH-Bereich beachtlich verbreitert wird, wenn man zusätzlich zu dem Malz eine geringe Menge an Amylo-l,6-glucosidase (0,5 Einheiten) verwendet. Figur 2 läßt erkennen, daß sich der arbeitsfähige pH-Bereich für 0,2 % Malz von etwa 0,2 auf etwa 1,5 Einheiten verbreitern läßt. Dadurch erhöhen sich . die verschiedenen Möglichkeiten der pH-Variation um beachtliche 700 %. Es ist natürlich ein Vorteil, einen so viel breiteren arbeitsfähigen pH-Bereich zur Verfügung zu haben, da es dadurch möglich wird, bei der industriellen Durchführung der Sirup-Verzuckerung die Anlage so zu fahren, daß ständig und mit einem hohen Sicherheitsfaktor ein Sirup mit den gewünschten speziellen D.E.-, F.E.- und D.-Werten erhalten wird. Bisher konnten zwar diese Beständigkeit und der hohe Sicherheitsfaktor durch Vermehrung des Malz-Gehaltes erzielt werden, dadurch wurde jedoch, wie zuvor ausgeführt wurde, auch der Asche-Gehalt und der in dem Sirup vorhandene Anteil an färbenden Substanzen erhöht, wodurch die Reinigungskosten stiegen.

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In den Figuren J5 und 4 ist veranschaulicht, daß sich dieser arbeitsfähige pH-Bereich noch stärker verbreitern läßt dadurch, daß eine geringe Menge an Fungal-a--Amylase in Korabination mit Malz-(ß)Arayläse verwendet wird.

Das Enzym Glucoamylase kann, wenn es benötigt wird, zubereitet oder in Form eines von mehreren Handelsprodukten käuflich erworben werden. Man kann es zubereiten nach den Verfahren, die beschrieben worden sind von Liggett und Mitarbeitern in der amerikanischen Patentschrift 2.881.115 sowie von Langlois und Mitarbeitern in der amerikanischen Patentschrift 2.89J5.921. Es wurde gefunden, daß solche Glucoamylase-Zubereitungen normalerweise beachtliche Mengen des Enzyms Transglucosylase (oder Transglucosidase) enthalten, und daß man diese vollständig entfernen muß, bevor man die Glucoamylase zur Gewinnung von erfindungsgemäßem Sirup mit hohen D.E.- und F.E.-Werten benutzen kann. Natürlich ist, sofern die Zubereitung im wesentlichen frei von Transglucosylase ist, keine Reinigung erforderlich. Sofern aber ungereinigte Glucoamylase benutzt wird, die nennenswerte Mengen an Transglucosylase enthält, steigt der Dextrose (D.)-Gehalt des resultierenden Sirups über die Spezifikation von maximal 47 % bei 67 bis 75 % D.E. an, und die F.E.-Werte liegen beträchtlich niedriger als der geforderte Minimalwert von 77 #·

Es sind verschiedene Arbeitsweisen zum Reinigen von Glucoamylase, mit denen diese im wesentlichen vollständig von der Transglucosylase befreit werden kann, bekannt. Geeignete Reinigungs-Verfahren sind beschrieben in den amerikanischen Patentschriften 3.O67.IO8, 3.047.471, 2.967.804 und 2.970.086.

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Bei einigen Glucoamylase-Zubereitungen, z.B. dem Produkt Diazyme L der Firma Miles Laboratories, ist es, wie zuvor erwähnt, wünschenswert, zusätzlich zu einer Malz-Amylase eine geringe anteilige Menge einer Fungal-a-Amylase, beispielsweise von 0,002 bis 0,2 Gew.-% der während der Verzuckerung umgewandelten Stärke, mitzuverwenden. Die Verwendung der a-Amylase dient dazu, die Bildung von Dextrose einzuschränken und diese infolgedessen besser unter Kontrolle zu bringen. Weitere Hinweise hinsichtlich der Wirkung, die Transglucosidase auf Glucoamylase hat, können aus "Cereal Chemistry", Band 4}, Seiten 658 bis 669 (1966) entnommen werden.

Es sollten 1 bis 10 oder mehr Einheiten (u.) an gereinigter Glucoamylase je g an Stärke-Feststoff eingesetzt werden, 'wobei eine Einheit an Glucoamylase die Menge des Enzyms darstellt, mit welcher bei 60 C und einem pH-Wert von 4,0 innerhalb 48 Stunden 100 Milligramm Stärke im wesentlichen zu Dextrose umgewandelt werden. Höhere Mengen an Glucoamylase sollte man vermeiden, um die Kosten für die Reinigung, bei der unerwünschte färbende Substanzen und sonstige Verunreinigungen (z.B. Protein) aus dem Sirup entfernt werden, so niedrig wie möglich zu halten.

Das Enzym Amylo-l,6-glucosldase, das häufig auch als "Pullulanase" bezeichnet wird, ist ein Enzym, welches zur selectiven Hydrolyse von a-l,6-glucosldischen Bindungen der Amylopectin-Praktion der Stärke befähigt ist. Über andere Enzyme, die die Fähigkeit haben, a-l,6-glucosidische Bindungen zu hydrolysieren, tfird in der Literatur unter den Bezeichnungen "Isoamylase" und "R Enzym" berichtet.

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Die Zubereitung eines Enzyms, das Amylo-l,6-glucosidase-Aktivität aufweist, wird von Bender & Wallenfels in "BiocheBische Zeitschrift" Band 324, Seiten 79-95 (1961) beschrieben. Eine weitere Information, in der etwas über die Verwendung und die Herstellung dieses Enzyms gesagt ist, findet man in "Methods of Enzymology" Band 8, Seiten 555-559 (I960). Gemäß den zuvor erwähnten Veröffentlichungen läßt sich Amylo-l,6-glucosidase in geeigneter Weise aus dem Organismus Aerobacter aerogenes erhalten. Bestimmte Stämme dieses Organismus Aerobacter aerogenes sind als besonders gute Quellen zur Gewinnung dieses Enzyms beschrieben worden. Beispielsweise wurde gefunden, daß Aerobacter aerogenes (U-58), von dem angegeben ist, daß es sich um einen direkten Abkömmling des Originalstammes, isoliert von Bender St Wallenfels, handelt, eine besonders gute Quelle für dieses Enzym ist. Verschiedene ultraviolett-induzierte Mutanten von Aerobacter aer&genes (U-58) können ebenfalls benutzt werden. Weitere bekannte Stämme von Aerobacter aerogenes, die man verwenden kann, sind beispielsweise Aerobacter aerogenes ATCC 9621 und ATCC I5O5O.

Zubereitungen von Amylo-l,6-glucosidase oder Pullulanase kann man aus dem Organismus Aerobacter aerogenes mittels bekannter ZUchtungsmethoden gewinnen. Eine geeignete Technik ist in der zuvor genannten Veröffentlichung von Bender A Wallenfels beschrieben. Gegebenenfalls kann die rohe Zubereitung vor der Verwendung gereinigt werden. Jedoch ist die Benutzung des Enzyms beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht beschränkt auf Zubereitungen einer bestimmten Reinheit. Natürlich ist es dennoch vorteilhaft, ein Enzym zu benutzen, das möglichst frei von Verunreinigungen ist.

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Die Menge an Amylo-l^o-glucosidase, die verwendet wird, 1st nicht erfindungswesentlich· Sie hängt weitgehend von der Konzentration der Stärke in dem Stärke-Hydrolysafe, der Aktivität des Enzyms, den Reaktionsbedingungen und dergleichen ab. Im allgemeinen werden jedoch etwa 0,03 bis 1,25 Einheiten an Amylo-liö-glucosidase je g Stärke, und vorzugsweise zwischen 0,20 und 0,70 Einheiten/g an Stärke, benutzt. Eine Einheit an Amylo-l,6-glucosidase ist definitionsgemäß die Menge an in 1,0 ml der Lösung vorhandenem Enzym, die mit überschüssigem Pullulan als Substrat unter Standard-Versuchsbedingungen, innerhalb einer Stunde bei 45° CdAn reduzierenden Wert auf einen solchen Wert anhebt, der äquivalent 1st einem mg Maltose,

Die wirksamste Verzuckerung des verdünnten Stärke-Hydrolysats erfolgt, wenn das Stärke-Hydrolysafc auf einen D.E. von weniger als 55 verdünnt ist und einen Feststoffgehalt von weniger als 55 % aufweist. Während der Verzuckerung (in Anwesenheit von Enzymen) hält man das Stärke-Hydrolysat bei einem pH-Wert zwischen 5*5 und 7*0 und einer Temperatur zwsichen 25 und 60° C. Vorzugswelse wird das Stärke-Hydrolysat bei einem pH-Wert zwischen 4,5 und 6,5 und einer Temperatur zwischen 50 und 50° C gehalten. Unter diesen Bedingungen ist die vollständige Verzuckerung normalerweise nach einer Zeitspanne zwischen etwa 50 und 80 Stunden eingetreten.

In den nachfolgenden Beispielen wird die Erfindung noch näher illustriert.

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Beispiele 1 bis 10

Zu einer Aufschlämmung von Mais-Stärke in Wasser von 20 bis 22° Baume (Be.) wurden unter Rühren 0,1 % HCl, berechnet auf das Gewicht der Trockensubstanz der Stärke, zugegeben. Diese anteiligen Mengen wurden durch Vermischen von etwa 0,5 kg HCl von 20° Be. mit 379 Litern einer Stärke-Aufs chlämmung von 21° Be. erhalten. Der resultierende pH-Wert der Aufschlämmung betrug 2,2. Die Aufschlämmung wurde unter Verwendung von Dampf bei 3,87 kg/cm² in einem Dampf-Injektionserhitzer, wobei die Temperatur auf 150° C gebracht und 3 bis 5 Minuten lang gehalten wurde, zu 1§ bis 19 D.E. umgewandelt. Nachdem der Dampf abgelassen· und der Druck auf Atmophärendruck heruntergegangen war, wurde der heiße Ansatz durch Zugabe einer Lösung von kalzinierter Soda auf pH 4,5 bis 5*0 neutralisiert. Dazu waren annähernd 0?15 % D.S. an kalzinierter Soda, berechnet auf das D.S.Gewicht der Sirup-Peststoffe, erforderlich. Eine Lösung von kalzinierter Soda, die 0,567 kg an kalzinierter Soda «Je 3*79 Litern enthielt, war dazu brauchbar. Nach der Neutralisation wurde der Ansatz, bevor er weiter verarbeitet wurde, auf 53 bis 55,2° C gekühlt.

Der D.S.-Wert der gekühlten Hydrolysat-Plüssigkeit wurde bestimmt, und dann wurden berechnete Mengen an hoch aktiver gemälzter Gerste (Wallenstein's Malz-Amylase), Glucoamylase und Amylo-l,6-glucosldase, wie in Tabelle I angegeben, hinzugefügt. Die Glucoamylase-Zubereltung (Diastase 73 der Firma Rohm & Haas) wurde mit Wasser auf etwa 100 u./ml. verdünnt und mit 0,2 % w./v. Lignin bei pH 4 wie in der amerikanischen Patentschrift 3·θ47·471 beschrieben, verbessert.

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Diese Verbesserungs-Behandlung diente dazu, Fungal-Spuren, Verfärbungen und Transglucosidase zu entfernen. Die Amylo-1,6-glucosidase wurde als wäßrige Lösung zugesetzt.

Die Amylo-l,6-glucosidase stammte von dem Organismus Aerobacter aerogenes und war gemäß dem in der "Biochemischen Zeitschrift" Band 3?4, Seiten 79-95 (1961) beschriebenen Verfahren gewonnen worden. Das Malz wurde in trockener pulverisierter Form zugesetzt. Mittels der zugegebenen Enzyme wurde die Stärke-Aufschlämmung bei 53 bis 55*2° C und bei einem pH-Wert von 5*6 bis 5*9 48 Stunden lang umgewandelt. Nach Ablauf von 48 Stunden wurde durch Besprühen mit einer so ausreichenden Menge an Dampf, daß die Temperatur in einer Stunde auf etwa 80° C anstieg, die Umwandlungstätigkeit der Enzyme unterbrochen, und die Temperatur von etwa 80° C wurde dann noch etwa eine Stunde lang gehalten.

Anschließend wurde der Sirup-Ansatz mit Harzen und/oder Kohle gereinigt und auf einen 43° Be. (82,5 % D.S.) eingedampft. Die D.-, D.E.- und P.E.-Werte der Sirup-Produkte jeder der Enzym-Kombinationen wurden bestimmt und sind in Tabelle I angegeben.

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	Malz	Tabelle	I	Ψ	£d.e	48 Stunden	%F.E.	D./D.
		■t	Einh./κ	72,1	. % D.	81,8	o,65
Beispiel	2,0	Einh./κ		68,9	46,6	79,1	0,62
1	2,0	2,6	-	72,5	42,1	-	0,74
2	1,0	2,4	-	74,3	53Λ	-	0,77
3	0,5	2,8	-	70,0	57,2	-	0,78
4	0,25	3,0		70,0	54,8	78,2	0,61
5	0,25	3,0	0,5	68,2	43,0	81,9	0,62
6	0,5	2,5	0,25	69,7	42,1	79,5	0,64
7	0,5	1,5	0,50	69,3	44,6	86,4	0,54
8	0,5	2,0.	1,0	71,3	37,7	83,8	0,61
9	1,0	3,0	0,5		43,2
10	2,8
	Ei+ » Glucoamylase	L,6-glucosidase
E2++ « Amylo-3

Aus den zuvor beschriebenen Beispielen kann man ersehen, daß, falls keine Amylo-1,6-glucosidase vorhanden ist, etwa 2,0 % Malz in Kombination mit Glucoamylase erforderlich sind, wenn man eine Sirup-Spezialart zu erhalten wünscht, die D.E.- und F.E.-Werte um 70 bzw. 80 und einen D.-Gehalt von etwa 40 bis 45 aufweist. Es ist ferner ersichtlich, daß in dem Maße, wie der Malz-Gehalt (ß-Amyläse),der während der Verzuckerung vorhanden ist, abnimmt (Beispiele 1 bis 5) der Dextrose-Gehalt des Sirups zunimmt. Bei einem Dextrose-Gehalt von etwa 45 bis 47 % tritt im allgemeinen Kristallisation des Sirups oder "Festwerden" auf.

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Durch die Anwesenheit von Amylo-l,6-glucosidase wird jedoch, wie durch die Beispiele 6 bis 10 demonstriert, die Produktion von Dextrose selbst bei niedrigeren Malz-Konzentrationen eingestellt. Dies wird ferner demonstriert durch das D./D.E.-Verhältnis, welches in Tabelle I ebenfalls angegeben ist. Ein Sirup-Spezialtyp mit D./D.E.-Verhältniswerten zwischen 0,5 und 0,65 und P.E.-Werten von etwa 80 % ist die Art von Sirup, die sich am besten für die Verwendung in der Brauerei- und Bäckerei-Industrie eignet.

Beispiele 11 bis 20

Diese Beispiele zeigen die Wirkung, die Amylo-l,6-glucosidase auf den zur Gewinnung eines Maisstärke-Sirups mit einem D.E. von wenigstens 70 %, einem D.-Gehalt von 40 % und einem F.E.Wert von wenigstens 80 % arbeitsfähigen pH-Bereich hat. Es wurde wie in Beispiel 1 beschrieben gearbeitet, ausgenommen die Modifikationen die in Tabelle II aufgeführt sind. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle II wiedergegeben und in den Figuren 1 und 2 graphisch veranschaulicht.

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Tabelle II

Beispiel

11

12

13
14
15
16

17
18

19
20

Malz
JL_

0,2
0,2
0,5
0,5
1,0
1,0
1,5
1,5
2,0
2,0

Elnh./g

2,1-3,0 2,1-3,0 2,1-3,0 2,1-3,0 2,1-3,0 2,1-3,0 2,1-3,0 2,1-3,0 2,1-3,0 2,1-3,0

arbeitsfähiger pH-Bereich _ zur Gewinnung eines Sirups ^&2+* mit D.E. von 70 %, D. von Einh./g 4P K> und P.E. von 80 K>

0,5 0,5 0,5 0,5 03

6,4
5,4
6,2
4,8
5,6
4,4
5,2

4,3
5,0
4,2

6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5

El+ = Glucoamylase Ep++ = Amylo-l,6-glucosidase

Beispiele 21 bis 25

Die folgenden Beispiele zeigen, daß man das Malz (ß-Amylase) vollständig oder teilweise durch eine Fungal-a-Amylase ersetzen kann. Diese Beispiele wurden wie in Beispiel· 1 beschrieben durchgeführt, ausgenommen die Modifikationen, wie sie in der nachstehenden Tabelle III angegeben sind.

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	PH	Tabelle III	E₁+	Einh./f?	48	Stunden	#F. E.
	5,9	E,+++	Einh./g	0,5	#D.E.	% D.	83,6
Beispiel	5,9	Einh./ρζ	2,4	0,5	74,4	46,9	83,4
21	6,1	0,015	2,4	0,5	73,8	45,8	82,5
22	6,1	0,031	2,4	0,5	71,1	41,6	82,5
23	6,2	0,015	2,4	1,4	70,8	39,9	95,0
24	0,031	2,5		70,6	31,4
25	o,o5»

¹ es wurde auch noch 1 % Malz zugegeben

Glucoamylase Amylo-l,6-glucosidase Fungal-a-Amylase

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Verzuckerung eines verdünnten Stärke-Hydrolysats, dadurch gekennzeichnet, daß das Stärke-Hydrolysat mit einer Enzym-Kombination aus Diastase, Glucoamylase und Amylo-l,6-glucosidase unter einen Stärke-Konversions-Sirup mit einem Dextrose-Äquivalent von im Minimum 68 %, einem Wert an fermentierbarem Extrakt von im Minimum
77 % und einem maximalen Dextrose-Gehalt von 47 % ergebenden Bedingungen und über eine entsprechende Zeitspanne in Kontakt gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Diastase vorwiegend eine ß-Amylase verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine ß-Amylase verwendet wird, die aus Gerstenmalz erhalten worden ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Diastase vorwiegend eine Fungal-a-Amylase verwendet wird.

5. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Glucoamylase praktisch frei von Transglucosidase verwendet wird.

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■Ί942748

6. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß ein Stärke-Konversions-Sirup hergestellt wird, der einen Dextrose-Äquivalent-Wert von 68 bis 75 % hat.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stärke-Konversions-Sirup hergestellt wird, der einen Dextrose-Äquivalent-Wert von wenigstens 70 %, einen Wert an fermentierbarem Extrakt von im Minimum 80 % und einen maximalen Dextrose-Gehalt von 41 bis 45 % hat.

8. Verfahren nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß eine Stärke-Hydrolysat-Flüßigkeit eingesetzt wird, die einen D.E. von 15 bis 20, einen pH-Wert von 4,0 bis 6,5* einen Peststoffgehalt von 20 bis 55 Gew.-% Stärke, bezogen auf das Trockengewicht, hat und daß die Vergärung des Stärke-Hydrolysates annähernd 24 bis 100 Stunden bei einer Temperatur durchgeführt wird, die unterhalb der Inaktivierungstemperatur der die Verzuckerung bewirkenden Enzyme liegt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens 0,1 Gew.-#, bezogen auf Trockensubstanz, einer hoch aktivierten Malz-Amylase, etwa 1,5 Einheiten an Glucoamylase je g an Stärke-Peststoffen und wenigstens 0,1 Einheit an Amylo-l,6-glucosidase je g an Stärke-Peststoffen, bei der Verzuckerung der verdünnten Stärke-Hydrolysat-Flüßigkeit verwendet werden.

10. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stärke-Hydrolysat-Plüßigkeit verwendet wird, die mit Säure verdünnt worden ist.

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11. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Teil oder vollständig anstelle der Malz-Amylase eine äquivalente Menge einer Fungal-a-Amylase verwendet wird.

12. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Teil oder vollständig anstelle der Fungal-a- Amy läse eine Bacterial-ct-Amylase verwendet wird.

IJ. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Amylo-l,6-glucosidase verwendet wird, die mittels des Organismus Aerobacter aerogenes erhalten worden ist.

14. Enzym-Komposition, bestehend aus einem Gemisch aus Diastase, Glucoamylase und Amylo-l,6-glucosidase, gekennzeichnet durch die Fähigkeit, Stärke zu einem Sirup zu verzuckern, der einen Minimum-Dextrose-Äquivalentwert von 68 %, einen Minimum-WErt an fermentierbarem Extrakt von 77 % und einen maximalen Dextrose-Gehalt von 47 % aufweist.

15. Komposition nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die darin vorhandene Diastase α- und/oder ß-Amylase ist.

16. Komposition nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß die darin enthaltende a-Amylase eine Fungal-a-Amyläse und die ß-Amylase eine aus Gerstenmalz erhaltene Amylase ist.

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