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Oxidationsschutzmittel Es ist bekannt, daß Getränke durch Einwirkung
von Sauerstoff nachteilig beeinflußt werden. Der Sauerstoff liegt in physikalisch
lose gebundener Form in den Flüssigkeit vor und neigt dazu, die Inhaltsstoffe der
Getränke irreversibel zu oxidieren. Insbesondere werden die stark ungessätigten
Verbindungen, die in Fruchtsäften, Limonadengrundstoffen und Weintrauben enthalten
sind, sowie die aus Gerste, Malz und Hopfen stammenden Verbindungen bis zur Verharzung
oxidiert. Dabei treten geruchlich und geschmacklich deutlich wahrnehmbare negative
Veränderungen des Getränks auf. Die Folgen dieser unspezifisch ablaufenden Oxidationsvorgänge
sind Zufährungen, wobei sich bräunlich gefärbte Verbindungen (Pigmente), ähnlich
wie bei der Maillard-Reaktion, bilden. Durch Zusammenlagerung von den in den Getränken
vorkommenden
natürlichen Gearbstoffen und Eiweißverbindungen entstehen
größere Kolloide, die schließlich als Trübung sichtbar werden und Ausflockungen
verursachen können.
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Durch Sauerstoff werden noch vorhandene Mikroorganismen, insbesondere
Hefe und Bakterien, zur Zellvermehrung und Bildung und unerwünschten Stoffwechselprodukten
(Estern, Aldehyden, Ketonen, Säuren, Aminen, Alkoholen usw.) angeregt.
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Neben dem in der Flüssigkeit gelösten Sauerstoff liegt der Sauerstoff
auch in der oberhalb des Flüssigkeitsspiegels im Gebinde verblieberen Luftblase
vor, die beim Befüllen nicht vollständig entfernt werden kann. Dieser Sauerstoffanteil
wird bei Bewegung des abgefüllten Getränks, z.B. auf dem Transportwege und durch
Temperaturunterschiede während der Lägerung, zur Diffusion in die flüssige Phase
veranleßt. Dieser Sauerstoff ist ebenfalls für die Getränkeneinhaltsstoffe wegen
seiner Oxidationswirkung schädlich und beeinflußt die Güte sowie die Haltbarkeit
des Getränks negativ.
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Es ist bekannt, Getränke dadurch vor der Einwirkung des Sauerstoffe
zu schützen, daß man chemische Antioxidantien, wie Schwefeldioxid, Ascorbinsäure
oder Reduktone, zusetzt, wobei aber die gesetzlich zulässigen Mengen im allgemeinen
für eine wirksame Entfernung des Sauerstoffs nicht ausreichen. Ferner ist es bekannt,
Getränke dadurch vor der Oxidation bei der Herstellung und Abfüllung zu schützen,
daß man ein Enzymgemisch aus Glucoseoxidase und Katalase
zusetzt.
Der Sauerstoff wird hierbei auf enzymatischea Wege entfernt, wobei in einer spezifischen
Reaktion das Enzym Glucoseoxidase die Oxidation der in der Flüssigkeit vorhandenen
D-Glucose zu Glukonsäure katalysiert.
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Das in einer Nebenreaktion entstehende Wasserstoffperoxid wird durch
das Enzym Katalyse gespalten, wobei der Sauerstoff in das Enzymsystem selbst übertragen
wird.
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Zwischen der Glucoseoxidase- und der Katalasewirkung besteht unter
den in den Getränken vorliegenden Bedingungen (saures Milieu) eine gekoppelte Reaktion.
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Des Gemisch aus Glucoseoxidase und Katalase wlrd den Getränken im
allgemeinen in einer Dosis von etwa 7500 Enzymeinheiten je m³ Fertiggetränk zugesetzt.
Der Nachteil der alleinigen Verwendung des Enzymgemisches liegt einmal darin, daß
die zur Oxidation als Substrat benötigte D-Glucose im vergorenen Getränken in einer
zu niedrigen Konzentration und in Getränken auf Saccharosebasis überhaupt nicht
vorhanden ist. Ferner benötigt die Reaktion der drei Reaktionspartner Enzym, Sauerstoff
und D-Glucose aus reaktionskinetischen Gründen verhältnismäßig viel Zeit, wenn die
D-Glucose in starker Verdünnung vorliegt, da auch das Enzym in einer sehr niedrigen
Konzentration vorliegt, so daß der Sauerstoff die instabilen Inhaltsstoffe der Getränke
oxidiert, bevor er sich mit der D-Glucose umsetzt.
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Damit die Enzyme wirksam werden, müssen sie zunächst mit ihren entsprechenden
Substraten einen Enzym-Substrat-Komplex bilden, wobei das Substrat an einem aktiven
Zentrum des Enzyms gebunden wird. Die enzymkatalisierte
Reaktion
beginnt erst, wenn der Enzym-Substrat-Komplex aus Glucoseoxidase und D-Glucose gebildet
ist. Zur Ausbildung dieses Komplexes ist also eine hohe Glucosekonzentration notwendig,
um eine maximale Reaktionsgeschwindigkeit zu erzielen.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, möglichst rasch
einen Enzym-D-Glucose-Komplex zu bildenm so daß der Sauerstoff sofort bei seinem
Zutritt zum Getränk gebunden wird-Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß
diese Aufgabe auf einfache Weise dadurch gelöst werden kann, wenn man das Enzymgemisch
als Glucoseoxidase und Katalase mit einem inerten Adsorptionsmittel und fester Glucose
homogen mischt.
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Gegenstand der Erfindung ist somit ein Oxidationsschutz mittel auf
der Grundlage eines Enzymgemisches aus Glucoseoxidase und Katalase, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß es Enzymgemisch zusammen mit D-Glucose und einem inerten
Adsorptionsmittel in Form eines Feststoffgemisches enthält.
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Das Enzymgemisch wird zunächst durch inniges Vermischen mit dem Adsorptionsmittel
an dieses gebunden. Dann wird die D-Glucose zugemischt und ein inniges Feststoffgemisch
aus dem Enzymgemisch, dem Adsorptionsmittel und der D-Glucose erzeugt. Wird dieses
Feststoffgemisch mit der sauerstoffhaltigen Flüssigkeit in Berührung gebracht, ao
vergeht eine gewisse Seit bis die D-Glucose gelöst ist, d.h. die gelösten Glucosemoleküle
liegen in einer
verhältnismäßig hohen Konzentration in unmittelbarer
Nähe zu dem am Adsorptionsmittel gebundenen Enzymgemisch vor. Da in diesem Fall
die freie Weglänge zwischen den Glucosemolekulen und den Enzymmolekülen sehr gering
ist, kann sich der Enzym-Substrat-Komplex sehr schnell bilden und steht sofort för
die weitere Umsetzung mit dem Sauerstoff zur Verfügung. Außerdem nimmt mag an, daß
die Gluoosemolekiile durch Adorptionskräfte am Adsorptionsmittel gebunden werden
und somit in der Nähe der ebenfalls an das Adsorptionsmittel gebundenen Enzymmoleküle
bleiben. Nöglicherweise wird infolge der Bindung der Glucose- und Enzymmoleküle
an das Adsorptionsmittel auch die Aktivierungsenergie der Komplexbildungsreaktion
erniedrigt, so daß das Adsorptionsmittel gewissermaßen als Katalysator wirkt.
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Vorzugsweise werden als inerte Adsorptionsmittel Silikagel, mit Siliciumhydroxid
beschichtetes poröses Glas, Aluminiumoxid oder Silikate verwendet.
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Besonders bevorzugt werden inerte Adsorptionsmittel verwendet, die
in wäßrigen Medien quellbar sind, da in diesem Fall die Glucosemoleküle im Gitter
des gequollenen Adsorptionsmittels eingeschlossen sind und nicht wegdiffundie können.
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Ein besonders bevorzugtes Adsorptionsmittel ist Bentonit, der ein
starkes Quellvermögen hat. Die Bindung der Glucosemoleküle an den Bentonit wird
wahrscheinlich auch deshalb begünstigt, weil der Bentonit an seiner Oberfläche freie
OH-Gruppen besitzt, die zu den OH-Gruppen des Glucosemoleküls eine hohe Affinität
haben. Da der Bentonit bekanntlich auch hochmolekulare Proteine lose binden kann,
ist
anzunehmen, daß eine solche Bind mg auch mit Glucoseoxidase mit einem Molekulargewicht
von etwa 155.000 als auch mit Katalase mit einem Molekulargewicht von etwa 233.000
erfolgt.
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Ein besonders bevorzugter Bentonit ist ein aktivierter Bentonit, bei
dem die enthaltenen Calciumionen mindestens teilweise durch Alkaliionen, insbesondere
Natriumionen, ausgetauscht wurden, wobei dieser Bentonit eine spezifische Oberfläche
von etwa 20 bis 100 m2/g, einen pH-Wert von etwa 6 bis 8 und ein Ionenaustauschvermögen
von etwa 20 bis 100 mVal/g besitzt.
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Zu den erfindungsgemäß verwendbaren quellbaren Adsorptionsmitteln
zählen auch die Zeo1ithe Die Mengenverhältnisse zwischen den einzelnen Bestandteilen
des Feststoffgemisches sowie die Enzymaktivitäten können innerhalb weiter Grenzen
variiert werden. Vorzugsweise enthalt das Feststoffgemisch Glucoseoxidase mit einer
Enzymaktivität von etwa 200 bis 2500 Einheiten/g in Mengen von etwa 0,001 bis 3
%, vorzugsweise mit einer Enzymaktivität von etwa 1300 bis 1600 Einheiten/g in Mengen
von etwa 0,01 bis 1,5 %, bezogen auf das Gesamtgewicht an D-Glucose und Enzymen.
Das Gewichtsverhältnis zwischen D-Glucose und Adsorptionsmittel beträgt vorzugsweise
etwa 50 bis 5:1, besonders bevorzugt etwa 20 bis 10:1.
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Die erfindungsgemäß verwendeten Enzymgemische sind im Handel erhältlich
und werden im allgemeinen auf mikrobiologischem Wege aus bestimmten Schimmelpilzen
der Gattungen Aspergillus und Penicillium durch Züchtung in Fermentern gewonnen.
Die hierbei erhaltene Glucoseoxidase soll nur mit Katalase und nicht mit anderen,
von diesen Schimmelpilzen ebenfalls gebildeten Enzymen vergessenschaftet sein. Andere
Enzyme als die bezeichneten sowie weitere nichtenzymatische Stoffe aus den Pilzkulturen
müssen von der Glucoseoxidase/Katalase vollständig abgetrennt werden wenn das Enzymgemisch
als Bestandteil des Oxidationsschutzmittels gemaß der Erfindung bei der Behandlung
von Getränken eingesetzt werden soft, weil diese Fremdsubstanzen das fertige Getränk
durch biochemische Abbau- oder Synthesereaktionen sowie aufgrund anderer unerwünschter
Eigenschaften bis zur Ungenießbarkeit verändern können.
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Das Oxydationsschutzmittel gemaß der Erfindung ist vorzugsweise in
Behältern verpackt, die im wesentlichen gasundurchlässig sind, z.B. in Blechdosen,
Beuteln oder Säcken aus Kanststoff- oder Metallfolien bzv. aus Kunststoff-Metall-Verbundfolien.
Auf diese Weise wird das Oxidationsschutzmittel gegen den Zutritt von Sauerstoff
und/oder Feuchtigkeit geschützt. Vorzugsweise ist das Oxidationsschutzmittel unter
Vakuum oder in einer Inertgasatmosphäre verpackt. Im letzteren Fall knnn der Behälter
nach derra Einfililen des Oxidationsschutzmittels evakuiert werden, worauf das Vakuum
z.B. mit Stickstoffgas teilweise aufgehoben und der Behälter anschließend gasdicht
verschlossen wirde
Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung
des erfindungegemäßen Oxidationsschutzittels zur Entfernung von Sauerstoff aus Getränbeu,
z.B. Frchtsäften, Fruchtsaftgetränken. Iomonaden, Idmonadengrundstoffen, Wein, Bier
oder ähnlichen Getränken.
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Das Oxidatiosschutmittel wird vorzugeweise dem Getraänk bei der Filtration
oder, wenn keine Filtration vorgesehen ist, kurz vor der Abfüllung zugesetzt, also
auf einer Stufe des Frozesses, auf der letztmalig die Gefahr besteht, daß Sauerstoff
eingeschleppt wird. Würde das Oxidationsschutzmittel auf einer vorhergehenden Stufe
zugesetzt werden und das Getränk anschließend nochmals mit Sanerstoff in Berührung
kommen, so würde die D-Glucose im allgemeinen in einer verhältnismäßig hohen Verdünnung
sorliegenr so daß die zur Sauerstoffentfernung erforderliche vorherige Bildung des
Enzym-Glucose-Komplexes langsamer verlaufon würdo.
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Es wurde gefunden, daß die mit dem Oxidationschutzmittel gemäß der
Erfindung behandelten Getränke eine längere physikalisch-chemische und biologische
Stabilität besitzen, daß die Geruchs- und Geschmackseigenschaften über längere Zeiträume
hinweg dem frischen Eindruck des Ursprunsgetränks entsrechen, daß bei Getränken
mit Schaumbildung, z.B. bei Bier, der Schaum sich in seiner Konsistenz und Haltigkeit
verbessert und daß bei Bier die analytisch ermittelte Bittere in EBC-Einheiten bei
längerer Aufbewahrung nach der Abfüllung gegenüber unbehandeltem Bier mit hohem
Verlust nur geringfügig abnimmt
Die Erfindung ist durch die nachstehenden
Beispiele in nicht einechränkender Weise erläutert.
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Beispiel 1 Es wurde Exportbier aus einem Iagertank während der Kisselgur-Filtration
auf Abnahme des Gesamtsanerstoffgehaltes durch Oxidation von Inhaltsstoffen oder
D-Glucose vergleichend untersucht. Probe A wurde nicht mit dem Oxidatiosschutzmittel
vesetzt; die erhaltenen Werte entsprechen der normalen Oxidationsrate der Bierinhaltsstoffe
Probe B wurde mit dem erfindungsgemäßen Oxidationsschutzmittel, bestehend aus etwa
0,06 % Glucoseoxidase/Katalase (1500 Einheiten/g Enzym), etwa 95 % D-Glucose und
etwa 5 % Bentonit während der Kieselgur-Filtration versetzt, wovon 10 g auf 1 Hektoliter
Bier verwendet wurden. Das Oxidationsschutzmittel war in einem gasundurchlässigen
Dehälber abgepackt, der evakuiert und anschließend unter teilweiser Aufhebung des
Vakuums mit Stickstoff als Schutzgas begast worden war. Die Messung des Sauorstoffgehalts
erfolgte polarographisch mit einer anerstoffspezifischen Elektrode.
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Mittelwerte aus 3 Einzelmeasungen sind in der nachstehenden Tabelle
angegeben.
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Einwirkzeit 1 - 3 Stunden 24 Stunden Probe A B A B mg O2/1 1,7 0,4
0,9 0
Beispiel 2 Es wurde ein Weißwein aus demselben Iagerfaß vergleichend
auf Sauerstoffabnahme untersucht. Probe A war der unbehandelte Wein. Probe 3 wurde
während der Filtrat ion mit 20 g/hl versetzt. Das Oxidationsschutzmittel hatte die
gleiche Zusammensetzung wie in Beispiel 1. Um den Sauerstoff aus dem Gasraum in
die flüssige Phase zu bringen, wurden die Flaschen geschüttelt. Die Ergebnisse,
Nittelwerte aus Je 5 Einzlmessungen, waren wie folgt: Einwirkzeit 1 - 3 Stunden
24 Stunden 2 Wochen Probe A B A B A B mg O2/l 6,3 1,6 3,5 1,2 3,0 0,4 Der Sauerstoffgehalt
erreichte bei der Probe 3 nicht den Wert O, da Glucose im Unterschuß verwendet wurde.
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Beispiel 3 Es wurde eine karbonisierte Orangenlimonade gleischer
Zusammensetzung vergleichend auf Sauerstffabnahme untersucht. Probe A wurde nicht
bohandelt. Probe B wurds mit einer Oxidationsschutzmittel-Gabe von 20 g/hl behandelt,
wobei das Gemisch aus 0,1 % Enzym (Aktivität 1500 Einheiten/g), 94,9 % D-Glugose
und 5% Bentonit bestand, das mit dem Getränk in einem Mischtank vor der Abfüllung
gleichmäßig vermischt wurde. Der Bentonit wurde absitzen gelassen. Es wurde eine
rasche Sauerstoffabnhme in
behandelten Getränk erzielt, wie die
nachstehend angegebenen Ergebnisse aus 2 Mittelwerten zeigen: Einwirkzeit 1 - 3
Stunden 24 Stunden 2 Wochen Probe A B A B A mg Oil 8,3 2,1 6,0 1,8 2,9 0 Die in
den drei Beispielen angegebenen Werte mit unterschiedlichen Getränken zeigen eine
deutliche Überlegen heit der erfindungagemäß bereiteten Proben B.
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Weitere Versuche mit den Proben B brachten das überraschende Ergebnis,
daß durch Bewegnng der abgeflillten Getränke auf dem Transportwege im üblichen Getränkevertrieb
und durch Temperaturerhöhung des bei der Filtration und Abfüllung künstlich gekühlten
Getränks auf die Raumtemperatur in Staperäumen und Waggons die Sauerstoffbindung
nachhaltig beschleunigt wird. Daß diese Bindung bei Zusatz des Oxidationsschutzmittels
an die Glucose erfolgt, wurde durch den analytisch nachweisbaren Glucoseverbrauch
bestätigt.
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-Patentanprüche-