DE4230104A1 - Verfahren zur Entfernung von µ-Cyclodextrin aus Eigelbprodukten - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von β-Cyclodextrin aus Eigelbprodukten wie z. B. Eigelb oder Eigelbplasma, welches bei der Entfernung von Cholesterin bzw. Cholesterinestern aus Eigelb mit Hilfe von β-Cyclodextrin im Eigelb zurückbleibt.

Es ist bekannt, daß erhöhte Cholesterinwerte im Blutserum des Menschen einen erhöhten Risikofaktor für Arteriosklerose bzw. einer koronaren Herzkrankheit darstellen.

Aus diesem Grund zielen die Bestrebungen der Lebensmittelindustrie im wesentlichen darauf ab, eine deutliche Reduzierung des Cholesterins bzw. der Cholesterinester in fettreichen Lebensmitteln tierischen Ursprungs vorzunehmen, wobei ein wesentliches Problem darin besteht, die sensorischen und ernährungsphysiologischen Eigenschaften der Lebensmittel weitgehend zu erhalten.

Ein relativ schonendes Verfahren zur Entfernung von Cholesterinderivaten stellt die Komplexierung dieser Substanzen mit β-Cyclodextrin dar.

So wird beispielsweise gemäß der EP-A 0 326 469 Eigelbpulver nach dessen Homogenisierung mit Wasser 5 Stunden lang mit β-Cyclodextrin bei 40°C gerührt und die erhaltenen Komplexe durch Zentrifugation abgetrennt.

Gemäß dem Verfahren der DE-OS 39 28 258 wird ausschließlich das Eigelbplasma, welches zuvor mit Hilfe eines emulsionsbrechenden Mittels (Wasser) durch Zentrifugation von der LDL-Granulafraktion abgetrennt wurde, mit β-Cyclodextrin versetzt. Anschließend wird das so behandelte Eigelbplasma nach dessen Abtrennung vom β-Cyclodextrin mit der LDL-Granulafraktion wieder vereinigt. Die vorherige Abtrennung der LDL-Granulafraktion vom Eigelb läßt sich entsprechend dem Verfahren der EP-A 454 099 dadurch vermeiden, daß man vor der Komplexierung mit β-Cyclodextrin dem Eigelb eine wäßrige Ammoniumcarbonat- oder Natriumchlorid-Lösung zusetzt.

Ein wesentliches Problem bei diesen Verfahren ist die Tatsache, daß es sich bei den angewandten Trennmethoden (Zentrifugation, Filtration) nicht vermeiden läßt, daß ein Teil des gelösten β-Cyclodextrins im Eigelb bzw. Eigelbplasma zurückbleibt.

Normalerweise sind Cyclodextrine (α, β, γ), die aus 6 bis 8 Glucoseeinheiten bestehende ringförmige Oligosaccharide darstellen, toxikologisch unbedenklich. So haben auch Tests zur akuten Toxizität an Mäusen und Ratten bei oraler Verabreichung keinerlei Hinweise auf eine toxische Wirkung ergeben. Trotzdem sind Cyclodextrine in zahlreichen Ländern bis jetzt als "food additive" nicht zugelassen.

Zur Lösung dieses Problems wird gemäß der DE-PS 40 01 611 ein Verfahren zur Entfernung von β-Cyclodextrin aus Eigelb bzw. Eigelbplasma vorgeschlagen, bei dem durch Zusatz bestimmter α-Amylasen zum β-cyclodextrinhaltigen Eigelb bzw. Eigelbplasma das β-Cyclodextrin enzymatisch abgebaut wird. Es läßt sich bei diesem Verfahren nicht vermeiden, daß die zugesetzte α-Amylase im Endprodukt zurückbleibt, wobei sich deren Aktivität bei bestimmten Anwendungen des Eigelbproduktes als nachteilig erweist. Wie durch eigene Untersuchungen festgestellt worden ist, können die α-Amylasen auch nicht durch Temperaturbehandlung desaktiviert werden, ohne daß hierbei eine spürbare Schädigung des Eigelbproduktes stattfindet.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Nachbehandlung von Eigelbprodukten zu entwickeln, aus dem das Cholesterin mit Hilfe von β-Cyclodextrin entfernt worden ist, durch enzymatischen Abbau des β-Cyclodextrins mit Hilfe einer α-Amylase, ausgewählt aus der Gruppe Aspergillus niger, Aspergillusoryzae, Bacillus polymyxa, Hausschwein -Pankreas-Amylase, Bacillus coagulans sowie Flavobacterium in wäßrigem Medium, welches die genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, sondern in wirtschaftlich sinnvoller Weise eine weitgehende und selektive Entfernung des β-Cyclodextrins aus dem behandelten Eigelbmaterial ermöglicht, ohne daß eine α-Amylase-Restaktivität im Endprodukt festzustellen ist.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man die α-Amylase-Lösung während des enzymatischen Abbaus durch eine Membran vom Eigelbprodukt getrennt hält. Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, daß ein praktisch vollständiger Abbau des β-Cyclodextrins im Eigelb bzw. Eigelbplasma in relativ kurzer Zeit erreicht werden kann, was im Hinblick auf die begrenzte Haltbarkeit der Eigelbprodukte einen besonderen Vorteil darstellt. Dies war deshalb so überraschend, weil aufgrund des relativ hohen Molekulargewichts von β-Cyclodextrin sowie der vergleichsweise hohen Viskosität des Eigelbproduktes ein sehr langsamer Reaktionsverlauf zu erwarten war. Es war deshalb nicht vorhersehbar, daß mit den zur Verfügung stehenden Membranmaterialien ein relativ rascher und vollständiger Abbau des β-Cyclodextrins möglich ist.

Beim Verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung wird das Ausgangsmaterial bestehend aus Eigelb oder Eigelbplasma, welches aufgrund einer vorangehenden Behandlung mit β-Cyclodextrin üblicherweise noch einen Restgehalt von 0,1 bis 1,0 Gew.-% an β-Cyclodextrin aufweist, einer enzymatischen Behandlung mit einer α-Amylase-Lösung unterworfen, wobei diese Lösung vom Eigelbprodukt durch eine Membran getrennt gehalten werden muß. Das Membranmaterial, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens herangezogen werden kann, ist relativ unkritisch, doch sollten die Ausschlußgrenzen der eingesetzten Membranen nicht wesentlich vom bevorzugten Bereich von 2 000 bis 100 000 D, vorzugsweise 3 000 bis 20 000 D, abweichen, um den gewünschten Stoffaustausch zu gewährleisten. Als besonders geeignet im Rahmen der vorliegenden Erfindung haben sich Membranen bestehend aus organischen Polymerverbindungen wie z. B. Polysulfone, Polyacrylnitril, Polyvinylidenfluorid oder Cellulosederivaten wie z. B. Celluloseacetat oder Cellulosemischester oder anorganischen Oxiden wie z. B. Aluminium- oder Zirkoniumoxid erwiesen.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in den technisch üblichen Membranreaktoren durchgeführt werden, die beispielsweise als Hohlfaser-, Rohr-, Kapillar-, Wickel- oder Spiral- sowie Flachmembran- oder Plattenmodul ausgebildet sein können.

Als besonders günstig haben sich solche Membranreaktoren erwiesen, die den Stofftransport von einem Reaktorkompartiment zum anderen über eine möglichst große Membranoberfläche erlauben, so daß das Verhältnis von Membranoberfläche zur Menge des zu behandelnden Eigelbprodukts möglich groß ist. Bei den üblichen technischen Membranreaktoren beträgt dieses Verhältnis in der Regel 0,001 bis 10 m² pro 100 g zu behandelndes Eigelbprodukt.

Zur Durchführung des enzymatischen Abbaus kann das Eigelb oder Eigelbplasma ggf. in Form einer verdünnten wäßrigen Lösung vorliegen, wobei pro kg Eigelb 0,1 bis 2 kg Wasser vor der Cholesterinentfernung zugegeben worden sind. Dann wird der pH-Wert mit Hilfe der üblichen Säuren wie z. B. Zitronensäure auf den gewünschten pH-Wert von 4,5 bis 6,0 eingestellt. Dieses ggf. verdünnte Eigelbprodukt wird in ein Kompartiment des Membranreaktors eingespeist, während im zweiten Kompartiment Lösungen bestimmter α-Amylasen in für die Nahrungsmittelproduktion geeigneten Puffern enthalten sind. Der pH-Wert dieser Enzymlösungen orientiert sich am pH-Aktivitätsoptimum des jeweiligen Enzyms, wobei sich pH-Werte zwischen pH 4,5 und 6,0 als besonders vorteilhaft erwiesen haben. Die Enzymkonzentration kann in weiten Bereichen variiert werden, wobei zur Beschleunigung des β-Cyclodextrinabbaus sehr hohe Konzentrationen günstig sind. Die erforderliche Menge an α-Amylase richtet sich im wesentlichen nach dem Ausgangsgehalt an β-Cyclcodextrin im Eigelb und beträgt in der Regel 100 bis 1 000 000 FAU, insbesondere 1 000 bis 50 000 FAU, oder 1 500 bis 15 000 000 SKBU, insbesondere 15 000 bis 750 000 SKBU, pro g zu entfernendes β-Cyclodextrin (1 FAU = fungal α-Amylase unit baut unter Standardbedingungen (Substrat: lösliche Stärke, Inkubationszeit: 7 bis 20 Minuten, Temperatur: 37°C, pH = 4,7) 5,26 g Stärke in einer Stunde ab. 1 SKBU entspricht nach R. M. Sandstedt et al, Cereal Chemistry 16, 712 (1939) der Enzymmenge, welche bei 30°C und den Reaktionsbedingungen 1 g lösliche Stärke in 1 Stunde so weit spaltet, daß nach Zusatz von Jodlösung Farbgleichheit mit dem α-Amylase-Standard erreicht wird). Es ist natürlich grundsätzlich auch möglich, mit größeren Mengen an α-Amylasen zu arbeiten, doch werden diese sehr schnell unwirtschaftlich, weil keine bessere Wirkung damit verbunden ist. Im übrigen können die eingesetzten Enzymlösungen über längere Zeiträume wiederverwendet werden.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können sowohl das Eigelbprodukt als auch die α-Amylase stationär im Membranreaktor verbleiben oder durch Umpumpen der entsprechenden Lösungen im Kreis geführt werden. In diesem Falle können diese Lösungen im Gegenstromprinzip betrieben werden. Es ist selbstverständlich, daß die Flußgeschwindigkeiten hierbei in Abhängigkeit vom jeweiligen Membranreaktor so gewählt werden, daß ein maximaler Massentransfer des β-Cyclodextrins pro Zeiteinheit vom Eigelbprodukt-Kompartiment in das Enzymkompartiment des Membranreaktors stattfindet.

Grundsätzlich ist auch eine kontinuierliche Durchführung des Verfahrens mit einmaliger Passage des Eigelbproduktes durch den Membranreaktor möglich, wobei auch hier u. U. die beiden Behandlungslösungen im Gegenstrom geführt werden können.

Die Prozeßbedingungen wie Temperatur und Zeitdauer der Eigelbproduktbehandlung können in weiten Grenzen variiert werden, doch haben sich Temperaturen zwischen 5 und 65°C als besonders vorteilhaft erwiesen, wobei Behandlungszeiten von 0,1 bis 50 Stunden üblich sind.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine weitgehende Entfernung des β-Cyclodextrins im Eigelbprodukt möglich, wobei die Rest-Cyclodextringehalte unter einer Nachweisgrenze von < 50 ppm liegen. In den auf diese Weise erhaltenen Eigelbprodukten ist außerdem keine Enzymaktivität hinsichtlich der eingesetzten α-Amylasen mehr nachweisbar.

Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen.

Beispiele Beispiel 1

200 g Eigelb, welches mit 200 g einer 5%igen wäßrigen NaCI-Lösung vorbehandelt worden ist und einen β-Cyclodextringehalt von 0,72 Gew.-% aufweist, wurde mit 1 M Zitronensäure auf einen pH-Wert von 5,5 eingestellt. Als Membranreaktor wurde ein Hohlfaserreaktor der Firma Fresenius (Type HEMOFLOW F 6 SPS 4002-6 mit einer Polysulfonmembran) verwendet (Membranfläche 1,25 m², Ausschlußgrenze 5 000 D). Im Hohlfaser-Innenraum (Gesamtinnenraum ca. 110 ml) wurde das vorbehandelte Eigelb mit einer Flußgeschwindigkeit von 90 ml/Minute umgepumpt. Im Enzymkompartiment (Gesamtvolumen ca. 200 ml) waren 50 000 FAU eines α-Amylase-Enzyms aus Aspergillus oryzae in Form des Handelsproduktes Fungamyl ® der Firma Novo in 10 mM Natriumcitratpuffer mit pH 5,5 stationär eingebracht. Bei einer Temperatur von 30°C war nach zweistündiger Behandlungszeit der β-Cyclodextringehalt unter einer Nachweisgrenze von 50 ppm.

Beispiel 2

Es wurde, wie in Beispiel 1 beschrieben, 400 g eines vorbehandelten Eigelbproduktes im Membranreaktor entsprechend Beispiel 1 behandelt. Im Enzymkompartiment waren 830 000 SKB-Einheiten eines α-Amylase-Enzyms aus Aspergillus niger in Form des Handelsproduktes Rohalase 7081 ® der Firma Röhm in 10 mM Natriumcitratpuffer mit pH 5,5 stationär eingebracht. Bei einer Temperatur von 30°C war nach zweistündiger Behandlungszeit der β-Cyclodextringehalt unter einer Nachweisgrenze von 50 ppm.

Claims (10)

1. Verfahren zur Nachbehandlung von Eigelbprodukten, aus dem das Cholesterin mit Hilfe von β-Cyclodextrin entfernt worden ist, durch enzymatischen Abbau des β-Cyclodextrins mit Hilfe einer α-Amylase, ausgewählt aus der Gruppe Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Bacillus polymyxa, Hausschwein-Pankreas-Amylase, Bacillus coagulans sowie Flavobacterium in wäßrigem Medium, dadurch gekennzeichnet, daß man die α-Amylase- Lösung während des enzymatischen Abbaus durch eine Membran vom Eigelbprodukt getrennt hält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran eine Ausschlußgrenze von 2 000 bis 100 000 D, vorzugsweise 3 000 bis 20 000 D, aufweist.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den enzymatischen Abbau in einem Membran-Reaktor durchführt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Eigelbprodukt in verdünnter wäßriger Lösung eingesetzt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß pro kg Eigelb 0,1 bis 2 kg Wasser zugesetzt sind.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den pH-Wert im Eigelbprodukt und in der α-Amylase-Lösung auf 4,5 bis 6,0 einstellt.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die α-Amylase in einer Menge von 100 bis 1 000 000 FAU bzw. 1 500 bis 15 000 000 SKBU pro g zu entfernendes α-Cyclodextrin zusetzt.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die α-Amylase in einer Menge von 1 000 bis 50 000 FAU bzw. 15 000 bis 750 000 SKBU pro g zu entfernendes β-Cyclodextrin zusetzt.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man den enzymatischen Abbau bei einer Temperatur von 5 bis 65°C durchführt.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Eigelbprodukt und/oder die α-Amylase-Lösung im Membranreaktor durch Umpumpen im Kreis geführt werden.