DE4426662C2 - Verfahren zur Herstellung eines inulin-, fructose- und glucosehaltigen Saftes aus Topinamburknollen und dessen Verwendung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines inulin-, fructose- und glucosehaltigen Saftes aus Topinamburknollen und dessen VerwendungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
eines inulin-, fructose- und glucosehaltigen Saftes aus
Topinamburknollen und dessen Verwendung für Obst- und
Gemüsezubereitungen.
Bekanntlich werden zur Verarbeitung von Topinamburknollen
enzymatische und chemische Verfahren eingesetzt.
Die bekannten chemischen Verfahren (SZETLI, J.
"Säurehydrolyse glykosidischer Bindungen", Fachbuchverlag
Leipzig, 1976; WORKMAN, W.E./DAY, D.F. "Enzymatic
hydrolysis of inulin to fructose by glutaraldehyd fixed
yeasts cells", Biotechnol. and Bioeng. 26 (1984) 905-910)
bauen das in den Pflanzen vorhandene Inulin zu Glucose und
Fructose weitgehend ab. Der gewonnene Saft enthält dann
aber unerwünschte Abbauprodukte, beispielsweise
Hydroxymethylfurfural, die den Fructosegehalt im Endprodukt
herabsetzen und demzufolge die Saftnutzung einschränken,
oder es müssen aufwendige Reinigungsprozesse eingesetzt
werden, um die Abbauprodukte zu entfernen.
Außerdem kann durch die im Prozeß verwendeten Säuren die
gebildete Fructose wieder abgebaut werden.
Ein stufenweiser Abbau des Inulins zu längerkettigen
Zuckern ist mit diesen bekannten Verfahren nicht möglich,
ebenso können mit diesen chemischen Verfahren die
Anforderungen an einen natürlichen, biologischen Abbau
der Pflanzeninhaltsstoffe, insbesondere des Inulins, nicht
erfüllt werden.
Die enzymatischen Verfahren nutzen die Wirkung der nativen,
pflanzeneigenen Enzyme, um aus Inulin Fructose und Glucose
zu gewinnen, was jedoch sehr zeitaufwendig und
wenig effektiv ist (AVIGAD, G., BAUER, S. "Fructan
Hydrolases", Methods in Enzymologie, Vol. 8, Academic
Press, New York, 1966).
Aus der DE 35 08 387 C1 ist ein Verfahren zur Herstellung
eines glucosearmen Aufschlußproduktes aus inulinhaltigen
Pflanzenteilen bekannt, bei dem die Pflanzenteile
zerkleinert und das Inulin zu Fructose oder Fructose-
Oligomeren abgebaut werden. Die Suspension dieser
zerkleinerten Pflanzenteile im wäßrigen Medium oder ein
daraus gewonnener Preßsaft wird bis zu 100°C erhitzt
bis die pflanzeneigenen Enzyme weitgehend inaktiviert
sind. Nach Abkühlung wird der so behandelten Suspension
Inulinase zugesetzt, wobei man den pH-Wert der Suspension
oder des Saftes bei Temperaturen zwischen 40 und 65°C auf
3,0 bis 7,0 einstellt.
Der Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, daß
das Aufschlußprodukt glucosearm ist und keine Ballaststoffe
mehr enthält, so daß sich der gewonnene Saft nur noch als
Diät- bzw. Diabeterkost oder als Zwischenprodukt zur
Herstellung reiner Fructose eignet. Sie können deshalb als
Trägersubstanz für Obst- und Gemüsezubereitungen aller Art
mit reguliertem Gehalt an Ballast- und Mineralstoffen nicht
eingesetzt werden.
Außerdem besteht die Zielsetzung dieser bekannten Lösung
darin, die pflanzeneigenen Enzyme durch die Erhitzung
auszuschalten, weil die Ausbeute und die Hydrolysezeit über
die pflanzeneigenen Enzyme als zu gering angesehen werden.
Es sind ferner Verfahren zur Herstellung von
Hochfructosesirup im Reaktor aus teilkonzentrierten Säften
inulinhaltiger Knollen mittels Enzymen bekannt. Dabei wird
die Hydrolyse auf die enzymatische begrenzt, mit dem Ziel,
in etwa 3 Stunden einen vollständigen Abbau des Inulins
zu erreichen, um ein Süßungsmittel aus Inulin anstatt aus
Stärke oder Saccharose zu gewinnen (BAJPAI, P., MARGARITIS,
A. "Optimization studies for production of high fructose
sirup from Jerusalem-Artichoke using calcium alginate
immobilized cells of Kluyeveromyces marxianus", Proc.
Biochem. (1986) 16-18).
Bei diesem bekannten Stand der Technik liegt der
Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Inulingehalt im Saft
durch zelleigene native Enzyme nur teilweise zu Fructose
und Glucose in kurzer Zeit abzubauen und den
Restinulingehalt gezielt als Ballaststoff im Saft zu
nutzen sowie den Mineralstoffgehalt zu senken.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem Verfahren der
eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die
Tobinamburknollen derart bis auf eine Teilchengröße
von 2 mm zerkleinert werden, daß die einzelnen Zellen in
den Teilchen zur Freisetzung der nativen,
inulinasehaltigen, pflanzeneigenen Enzyme verletzt und
geöffnet werden, die so entstandene Maische durch Zugabe
lebensmittelverträglicher Säure auf einen Wert zwischen
4,5 bis 5,5 eingestellt und dann auf eine Temperatur von
45°C bis 55°C erhitzt wird, sodann Invertasen zugegeben,
nach einer Standzeit von 2 h, in der 30 bis 50% des
Inulins zu Monosacchariden und Oligomeren abgebaut
werden, die Maische durch Pressen und Extrahieren in eine
flüssige und quasi-feste Phase getrennt wird und die
flüssige Phase durch Kurzzeiterhitzung auf 100°C
pasteurisiert und der pH um 4,5 gehalten wird.
Erfindungsgemäß erfolgt dies in der ersten Stufe durch
die Zugabe lebensmittelverträglicher Säure, vorzugsweise
Zitronensäure oder Phosphorsäure, und durch eine Zugabe
von Invertasen. Als besonders geeignet und vorteilhaft
haben sich zur Einstellung dieser Bedingungen
Invertasen erwiesen, die aus abgetöteten Zellen von
Torulasporadelbrücken gewonnen wurden. Das pH-Optimum
der nativen Enzyme liegt zwischen 4,7 und 5,5, das
Temperaturoptimum zwischen 45°C und 55°C.
Innerhalb von zwei Stunden ist somit ein 30- bis 50%iger
Abbau der Inuline in der Preßmaische zu Monosacchariden
und Oligomeren erzielbar.
Voraussetzung ist, daß eine Zerkleinerung der
Topinamburknollen bis auf eine Teilchengröße von etwa
2 mm derart erfolgt, daß die einzelnen inulinhaltigen
Pflanzenzellen verletzt und geöffnet werden. Vorzugsweise
wird dies mit Schlagen, Reißen oder Reiben in Hammermühlen
oder ähnlichen Mühlen durchgeführt.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist außerdem die
Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
gewonnenen inulinhaltigen Säfte bzw. Saftkonzentrate,
die nicht, partiell oder weitgehend demineralisiert sind
und auch Ballaststoffe enthalten als Trägersubstanz für
Obst- und Gemüsezubereitungen aller Art, vorzugsweise
anderer Obst- und Gemüsesäfte.
Die Inuline von 100 kg gewaschener Topinamburknollen
sollen in einem zweistufigen Verfahren teilweise abgebaut
werden. Die Knollen werden mit einer Hammermühle oder
ähnlich schlagender bzw. reißender oder reibender Mühlen
auf eine Teilchengröße von bis zu 2 mm zerkleinert.
Der pH-Wert der Maische wird mittels Zitronensäure auf
4,7 eingestellt.
Nach einer Erwärmung auf 50°C wird 2,5 l Invertase
zugegeben.
Innerhalb einer Standzeit von 2 h und
anschließendem Auspressen der Maische entstehen 80 kg
Saft mit 11% Trockensubstanzgehalt. Der
Gesamtzuckergehalt beträgt 8,3%, der Monosaccharidgehalt
beträgt 4%, das entspricht 48% bezogen auf den
Gesamtsaccharidgehalt.
Dieser so gewonnene Saft wird dann pasteurisiert, in dem
er einer Hochkurzzeiterhitzung unterworfen wird.
Topinambursaft wird wie in Beispiel 1 einschließlich der
Hydrolyse mit nativen Enzymen beschrieben, hergestellt.
Der so mit nativen Enzymen und Invertasen vorbehandelte
Saft enthält 5,6 g/l Inulin, 10,9 g/l Saccharose, 2,3 g/l
Glucose und 30,8 g/l Fructose.
Der pasteurisierte Saft wird bei 8°C gelagert.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung eines inulin-,
fructose- und glucosehaltigen Saftes aus
Topinamburknollen, bei dem das Inulin zu Fructose und
Glucose biologisch umgesetzt wird, wobei
- - die Topinamburknollen derart bis auf eine Teilchengröße von 2 mm zerkleinert werden, daß die einzelnen Zellen in den Teilchen zur Freisetzung der nativen, inulinasehaltigen, pflanzeneigenen Enzyme verletzt und geöffnet werden,
- - die so entstandene Maische durch Zugabe lebensmittelverträglicher Säure auf einen Wert zwischen 4,5 bis 5,5 eingestellt und dann auf eine Temperatur von 45°C bis 55°C erhitzt wird, sodann
- - Invertasen zugegeben werden,
- - nach einer Standzeit von 2 h, in der 30 bis 50% des Inulins zu Monosacchariden und Oligomeren abgebaut werden,
- - die Maische durch Pressen und Extrahieren in eine flüssige und quasi-feste Phase getrennt wird und
- - die flüssige Phase durch Kurzzeiterhitzung auf 100°C pasteurisiert und der pH um 4,5 gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Topinamburknollen durch Schlagen, Reißen
oder Reiben in Hammermühlen oder ähnlichen Mühlen
zerkleinert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Maische ein pH-Wert von 4,7 und eine
Temperatur von 50°C eingestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß Invertasen verwendet werden, die man aus abgetöteten
Zellen von Torulaspora delbrückli gewinnt.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Säure Zitronensäure oder
Phosphorsäure verwendet wird.
6. Verwendung des nach Anspruch 1 gewonnenen Saftes
als Trägersubstanz für Obst- und Gemüsezubereitungen.
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