DE2420135C2

DE2420135C2 - Verfahren zum Behandeln von Milch oder anderen Flüssigkeiten, die als Substrate für Mikroorganismen wirken können, mit Wasserstoffperoxid zwecks Erhöhens der Haltbarkeit

Info

Publication number: DE2420135C2
Application number: DE2420135A
Authority: DE
Inventors: Karl Erik Lennart Tumba Björck; Ernst Anders Carl-Gustav Dr.Phil. Huddinge Rosen
Original assignee: Alfa Laval AB
Current assignee: EWOS AB
Priority date: 1973-07-19
Filing date: 1974-04-25
Publication date: 1984-05-03
Also published as: NO139373B; DK150782C; SU652864A3; DK150782B; NL7405993A; DK210374A; SE375224B; FR2237589B1; NO741381L; FI117274A; NO139373C; ZA742656B; SE7310076L; ES425855A1; JPS5069263A; AU6807974A; NL182611C; GB1468405A; NL182611B; JPS5649535B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verwenden von Wasserstoffperoxyd für den Zweck, die Haltbarkeitsqualität von Milch und anderen Flüssigkeiten zu verbessern, die als Substrate für Mikroorganismen wirken können. Das Verfahren ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß in der betreffenden Flüssigkeit mittels enzymatischer Mittel das Peroxyd erzeugt wird.

Verfahren zum Behandeln, insbesondere von Milch durch Zusetzen von Wasserstoffperoxyd, um die Haltbarkeitsqualität zu erhöhen, wurden in der Vergangenheit oft und schon seit 1881 vorgeschlagen. Unter den chemischen Zusammensetzungen, die Nahrungsmitteln zugesetzt werden können, um dem Wachstum von Mikroorganismen entgegenzuwirken oder letztere zu zerstören, ist Wasserstoff peroxyd das einzige Mittel, das von Expertenteams der International Dairy Federation und FAO akzeptiert wurde.

Die genaue Natur der antibakteriellen Wirkung von Wasserstoffperoxyd ist nicht klar, jedoch wurde in den letzteren jähren entdeckt (Oram, J. D., und Reiter, B.: The Inhibition of Streptococci by Lactoperoxidase. Thiocyanate and Hydrogen Peroxide, Biochem. J. 100 Π966), 373 — 3811 daß zusätzlich zu der unmittelbaren toxischen Wirkung bei Konzentrationen oberhalb ca. 20 ppm Wasserstoffperoxyd bei geringen Konzentrationen auch in einem antibakteriellen System teilnehmen kann, welches natürlich in Milch vorkommt, und so in einer indirekten Weise wirkt

Das Verfahren einschließlich Zusetzen von Wasserstoffperoxyd wurde jedoch nie ein Erfolg, wobei der Hauptgrund wahrscheinlich die kurze Wirkungsdauer des Additivs ist. Da beispielsweise in Milch Wasserstoffperoxyd sich schnell zersetzt, fällt seine Konzentration bald unterhalb des Niveaus bakterizider Aktivität ab. Bei der erwähnten Wasserstoffperoxydbehandlung ist es demzufolge notwendig, so hohe Anfangskonzentrationen zu verwenden, daß die Konzentration oberhalb des kritischen Niveaus während einer ausreichenden Zeitdauer bleibt, oder eine geringere Anfangskonzentration zu verwenden, jedoch die Behandlung in Abständen von einigen Stunden zu wiederholen.
Jedoch ist keines dieser beiden Verfahren geeignet, da im ersten Fall und in gewissem Ausmaß auch im letzten Fall die Wasserstoffperoxydkonzentration zu Zeiten so hoch ist, daß gewisse Substanzen, beispielsweise Milch, beeinflußt werden, wobei manchmal ein Abfall des Nährwertes erfolgt. Eine ähnliche schädliche Wirkung durch die zu hohe Wasserstoffperoxydkonzentration beeinflußt vermutlich einige Substanzen, beispielsweise von Milch, die ein natürlich vorkommendes antibakterielles System bilden. Das letztere Verfahren setzt weiterhin ein Proportioniersystem voraus, das unter praktischen Bedingungen schwierig durchzuführen ist. Die obigen Nachteile dieser früheren Verfahren zum Verwenden von Wasserstoffperoxyd, um die Haltbarkeitsqualität von Milch und anderer Flüssigkeiten zu verbessern, die als Substrate von Mikroorganismen wirken können, werden durch Anwenden des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung eliminiert. Es hat sich so durch Versuche mit Milch und Nährstoffen gezeigt, daß durch Anwenden dieses Verfahrens solche Bedingungen erzielt werden können, daß die Konzentration des Wasserstoffperoxydes nach einem anfänglichen Anstieg von 0 bei einem im wesentlichen konstanten Niveau gerade oberhalb des unteren Niveaus verbleibt, das erforderlich ist, um dem bakteriellen Wachstum durch direkte oder indirekte Wirkung des Wasserstoffperoxydes entgegenzuwirken, wobei dieses Niveau gleichzeitig so gering ist, daß lediglich ein minimaler chemischer Einfluß auf die betreffende Flüssigkeit ausgeübt wird, wobei dieser Effekt wahrscheinlich ganz geringfügig wenigstens im Fall von Milch ist.

Wie erwähnt ist, ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserstoffperoxyd in der betreffenden Flüssigkeit durch enzymatische Mittel erzeugt wird. Eine solche enzymatische Erzeugung von Wasserstoffperoxyd kann durch jedes einer Anzahl von Enzymsystemen bewirkt werden, die als Oxydreductasen bekannt sind, in Übereinstimmung mit dem nachfolgenden Prinzip:

Substrat

Enzym

H₂O₂

Die praktische Durchführung des Verfahrens kann aus den nachfolgenden Beispielen ersehen werden. Ks wird auch auf die Zeichnung Bezug genommen, in welcher F i g. 1 und 2 Diagramme sind, welche die Entwicklung der bakteriellen Flora in Milch während einer Anzahl von Tagen mit und ohne Zusatz eines

Enzymsystems gemäß Erfindung gezeigt ist F i g. 3 zeigt beispielsweise, wie eine Anlage mit einer Einrichtung zum Anwenden des erfindungsgemäßen Verfahrens angeordnet sein kann.

Es ist beispielsweise möglich, der betreffenden Flüssigkeit ein Enzym und eine Substanz zuzugeben, die fähig ist, unter dem Einfluß des Enzyms Wasserstoffperoxid freizugeben, wobei die zugesetzten Mengen des Enzyms und der Substanz so sind, daß die geforderte Konzentr-s'ion des Wasserstoffperoxids erzeugt wird. Ein solches System kann Glukose und Glukoseoxidase umfassen, welches Wasserstoffperoxid in Gegenwart von Glukose freisetzt.

In Fig. 1 stellt die Ordinate Werte des Logarithmus der Anzahl der Bakterien dar, die in jedem ml vorhanden sind, und auf der Abszisse ist die Zeit in Tagen eingetragen. Das Diagramm zeigt die Entwicklung der bakteriellen Flora in Milch, die auf eine Temperatur von 4° C gekühlt und mit 0,5% Glukose und 2 U Glukoseoxidase pro ml gemischt wurde (zur U-Einheit der Enzyme siehe H. U. Bergmeyer »Methoden der enzymatischen Analyse«, S. 11, 1970, Verlag Chemie GmbH, Weinheim). Zum Zweck des Vergleichs zeigt das Diagramm ebenfalls die Entwicklung in Milch, die auf 4°C gekühlt worden ist, jedoch nicht mit dem Enzymsystem behandelt wurde.

Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, fällt während des ersten Tages der Bakterienwert auf ca. 1/100 ab und verbleibt auf diesem Niveau während der nachfolgenden 10 Tage in der Milch, die mit dem Enzymsystem behandelt ist, wogegen der Bakterienwert der unbehandelten Milch während des ersten Tages unverändert bleibt und dann während eines jeden nachfolgenden Tages stark ansteigt.

In F i g. 2 ist die Entwicklung in zwei Milchproben gezeigt, die ebenfalls bei 4° C gehalten wurden, jedoch mit 1 U Glukoseoxydase pro ml zusammen mit 0,1% Glukose bzw. 0,3% Glukose behandelt sind.

Wie aus dem Diagramm geschlossen werden kann, war der Abfall des Bakterienwertes während des ersten Tages weniger drastisch als in der Probe gemäß F i g. 1, und der Wert blieb dann bei einem etwas höheren Niveau als in dem vorhergehenden Beispiel konstant, doch lediglich während sechs Tagen in der Probe, die 0,1% Glukose enthält. Ein besseres Ergebnis wurde mit 0,3% Glukose erzielt.

Die Beispiele zeigen, daß Milch ohne Schwierigkeit gegen bakterielies Wachstum während verschiedener Tage geschützt werden kann, indem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird. Dies ermöglicht beispielsweise, die Milch auf der Farm während einer beträchtlichen Zeit zu lagern und so die Anzahl der Transporte zu der Molkerei zu reduzieren und Kosten einzusparen.

Die folgenden Konzentrationen werden empfohlen, in Abhängigkeit von der Zeitlänge, während welcher die gekühlte Milch gegen bakterielles Wachstum geschützt werdensoll:

0,1 bis 2 U Glukoseoxydase pro ml Milch
0,1 bis 0,5 Gew.-% Glukose

Gemäß einem weiteren Beispiel dieser besonderen erfindungsgemäßen Behandlung wird die Flüssigkeit mit einem Enzymsystem gemischt, das enthält:

20 U L-amino-Säure-Oxydase pro ml
0,5 Gew.-% Glycin.

In den erwähnten Anwendungsbeispielen wurde Milch auf eine Temperatur von 4° C gekühlt Selbstverständlich ist das Verfahren wirksamer, wenn die Milch kalt gehalten wird. Wie in den Diagrammen gezeigt ist, war der Bakterienwert selbst nach 10 Tagen ungefähr lOOmal geringer als in der ursprünglichen Milch. Das Verfahren kann jedoch bei jeder Temperatur angewendet werden, die aus wirtschaftlichen oder anderen Gründen als geeignet angesehen wird. In diesen Fällen

in muß die adäquate Zusammensetzung und Konzentration des Enzymsystems empirisch gegen die gewünschte Temperatur eingestellt werden. Als Beispiel sei erwähnt, daß Milch mit zugesetzter 2 U Glukose-Oxydase pro ml und 0,5% Glukose ohne bakteriellen Wachstum während zwei Tagen bei 22° C gehalten werden kann.

in den obenerwähnten Beispielen der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde die Milch mit einem Enzym und einer Substanz gemischt welche Wasserstoffperoxyd unter dem Einfluß des Enzyms freigibt Insbesondere bei Milch ist es jedoch ratsam, ein Enzym zu verwenden, das Wasserstoffperoxyd in der Gegenwart einer Substanz freigeben kann, welche in der Milch vorhanden ist Eine Zusammensetzung, welche diese Anforderung erfüllt, ist die Laktose in der Milch, welche Wasserstoffperoxyd unter dem Einfluß des Enzyms Galaktose-Oxidase freigibt. Die vorgeschlagene Konzentration beträgt

0,1 bis 2 U Galaktose-Oxidase pro ml Milch.

Weit bessere Ergebnisse werden erzielt, indem die beiden Enzyme jS-Galaktosidase und Glukoseoxydase zugesetzt werden, wobei j3-Galaktosidase ein Spalten der Milchlaktose verursacht, wobei sich Glukose ergibt, die dann unter dem Einfluß der zugesetzten Glukoseoxydase oxydiert wird, wobei Wasserstoffperoxyd freigegeben wird.
Die vorgeschlagenen Konzentrationen betragen:

1 -10 U /3-Galaktosidase pro ml Milch
0,1 —2 U Glukoseoxydase pro ml Milch.

Diese Art der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens führt offenbar zu einem Verbrauch eines Teils der Milchlaktose, da jedoch die Gesamtlaktose soviel wie 5% beträgt, wird lediglich ein geringer Teil während der Lagerung für einige Tage mit einem Zusatz von beispielsweise Galaktoseoxydase zersetzt.

Ein anderes geeignetes Verfahren für die Anwendung der Erfindung, insbesondere bei der Behandlung von Milch, um ihre Haltbarkeitsqualität zu verbessern, besteht darin, zwecks Erzeugens von Wasserstoffperoxyd ein Enzym zu verwenden, das normalerweise in der Milch vorhanden ist. Ein solches Enzym ist Xanthin-Oxydase, welches zusammen mit Hypoxanthin Wasserstoffperoxyd erzeugt. Ein geeigneter Zusatz für diesen Zweck ist

0,5Gew.-% Hypoxanthin.

Gemäß einer Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches insbesondere nützlich zum Behandein von Milch und anderen flüssigen Nahrungsmitteln zwecks Verbesserung der Haltbarkeitsqualität geeignet ist. werden die Enzyme, die normalerweise nicht in der entsprechenden Flüssigkeit vorkommen, selbst an einer Matrix befestigt, und die entsprechende Flüssigkeit strömt um die Matrix, beispielsweise durch Zirkulationspumpen. Durch dieses Verfahren kann eine gegebene Menge eines Enzyms, die im Prinzip nichts anderes als eine Art Katalysator ist, wiederholt für zusätzliche

Mengen von beispielsweise Milch verwendet werden. Dies bringt selbstverständlich eine beträchtliche Herabsetzung der Kosten dieser Behandlung mit sich. Die Zubereitung von Matrixen mit Enzymen, die daran befestigt sind, wie dies erwähnt ist, ist in der wissenschaftlichen Literatur beschrieben, beispielsweise in Silman, I. H., und E. Katchalski: »Water-Insoluble Derivatives of Enzymes, Antigenes and Antibodies«, Ann. Rev. Biochem. 35 (1966), 873.

Beim Anwenden der Erfindung besteht das allgemei- ι ο ne Verfahren darin, die entsprechende Flüssigkeit mit solchen Mengen der erwähnten Reaktionsmittel zu mischen, daß Wasserstoffperoxyd in einer solchen Menge pro Zeiteinheit erzeugt wird, daß die Zersetzung in der Milch kompensiert wird und eine ausreichende, jedoch nicht übermäßige Konzentration während einer vorbestimmten Zeitdauer aufrechtgehalten wird. Diese Mengen müssen in jedem Fall individuell bestimmt werden, wobei solche Faktoren wie Temperaturbedingungen, Charakter und Resistenz der vorhandenen Bakterien, Empfindlichkeit und Funktion der verschiedenen Zusammensetzungen in der Flüssigkeit usw. und selbstverständlich das gewünschte Ziel zu berücksichtigen sind. Die erwähnten Mengen und Bedingungen in den Beispielen werden jedoch als adäquat für Standardfälle angenommen.

Die Erfindung kann auch in Verbindung mit Verbessern der Haltbarkeitsqualität von Flüssigkeiten angewendet werden, die sich aus Lösen oder Dispergieren von festen oder halbfesten Gemischen oder Zubereitungen in beispielsweise Wasser ergeben. In solchen Fällen werden für die Erzeugung von Wasserstoffperoxyd erforderliche Enzyme und/oder Substanzen in die festen oder halbfesten Mischungen oder Zubereitungen gemischt. Selbstverständlich werden sie nur dann zu reagieren beginnen, wenn die Produkte, in welche sie gemischt sind, beispielsweise Wasser zugesetzt und gelöst werden oder dispergieren.

In Fig.3 der Zeichnung ist als Beispiel gezeigt, wie eine Anlage zum Haltbarmachen und Aufbewahren von Milch auf einer Farm angeordnet werden kann, die mit einer Einrichtung zum Anwenden des erfindungsgemäßen Verfahrens versehen ist.

Ein Zuführer 1 ist am Abgabeende einer Melkmaschine angeordnet. Die Milch wird von einer Pumpe 2 durch die Leitung 13 und einen Kühler 3 zu einem Ausgleichtank 4 gepumpt, der mit einer Rührvorrichtung 8 versehen ist. Aus diesem Tank 4 wird die Milch von einer Pumpe 12 durch ein Filter 5 zu einem Kessel 6 und von dort zu einem Speicherbehälter 7 gepumpt. Der Kessel 6 hält eine Matrix, an welcher ein Enzym oder mitwirkende Enzyme befestigt sind. Die Milch wird so durch diesen Kessel geführt, daß sie in Berührung mit dem Enzym oder den Enzymen kommt. Der Speicherbehälter 7 ist mit einer Rührvorrichtung 9 und einer Kühleinrichtung 10 zum Regeln der Temperatur der Milch während der Lagerung versehen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Behandeln von Milch oder anderen Flüssigkeiten, die als Substrate für Mikroorganismen wirken können, mit Wasserstoffperoxid zwecks Erhöhens der Haltbarkeit solcher Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet,daß Wasserstoffperoxid in der betreffenden Flüssigkeit durch enzymatische Mittel erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die betreffende Flüssigkeit mit einem Enzym und einer Substanz vermischt wird, welche Wasserstoffperoxid unter dem Einfluß des Enzyms freisetzen kann.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die betreffende Flüssigkeit mit einem Enzym oder zusammenwirkenden Enzymen vermischt wird, die Wasserstoffperoxid in Verbindung mit einer in der Flüssigkeit vorhandenen Substanz erzeugen können.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit mit einer Substanz vermischt wird, welche Wasserstoffperoxid unter dem Einfluß eines Enzyms erzeugen kann, das normalerweise in der Flüssigkeit vorhanden ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Enzym oder die Enzyme an einer Matrix befestigt werden und die Flüssigkeit an der Matrix vorbeiströmt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die betreffende Flüssigkeit mit solchen Mengen der genannten Reagenzien gemischt wird, daß Wasserstoffperoxid in einer solchen Menge pro Zeiteinheit erzeugt wird, daß die Zersetzung in der Flüssigkeit ausgeglichen und eine ausreichende, jedoch nicht übermäßige Konzentration während einer vorbestimmten Zeitdauer aufrechterhalten wird, so daß keine schädlichen Einflüsse auf verschiedene Komponenten der Milch oder andere Flüssigkeiten ausgeübt werden.