DE4426662C2

DE4426662C2 - Verfahren zur Herstellung eines inulin-, fructose- und glucosehaltigen Saftes aus Topinamburknollen und dessen Verwendung

Info

Publication number: DE4426662C2
Application number: DE4426662A
Authority: DE
Inventors: Karl Prof Dr Heilscher; Birgit Dr Fiedler
Original assignee: HEILSCHER KARL PROF DR SC
Current assignee: HEILSCHER KARL PROF DR SC
Priority date: 1994-07-15
Filing date: 1994-07-15
Publication date: 1996-05-23
Anticipated expiration: 2014-07-16
Also published as: DE4426662A1

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.

Beispiel 1

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.

Beispiel 2

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

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.