DE69713192T3

DE69713192T3 - Kombination von Enzymen

Info

Publication number: DE69713192T3
Application number: DE69713192T
Authority: DE
Inventors: Jèrôme Souppe; Thierry Jean-Bernard Naeye
Original assignee: DSM IP Assets BV
Current assignee: DSM IP Assets BV
Priority date: 1996-03-19
Filing date: 1997-03-10
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2017-03-11
Also published as: CA2200370A1; MX9701998A; PT796559E; BR9701343A; ZA972396B; IL120481A; DE69713192T2; ES2177893T3; AU1633797A; JP4429392B2; DE69713192D1; AR006259A1; AU709179B2; ES2177893T5; BR9701343B1; JPH104958A; CA2200370C; US5942262A; ATE218809T1; IL120481A0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zusammensetzung, die ein Enzym, das ein Oxidationsmittel bildet, und eine Protease, die durch dieses Mittel inaktiviert wird, enthält. Derartige Zusammensetzungen finden in Backteigen Anwendung.
IN der Backwarenindustrie wird derzeit Metabisulfit zur Erweichung von Teigen verwendet. Insbesondere wird Sulfit in der Keksindustrie verwendet, um die Schrumpfung von Teigstücken und die Bildung von Backwaren in unregelmäßiger Größe zu verringern. Teige enthalten als Mindestbestandteile Mehl und Wasser, obgleich sie selbstverständlich auch Hefe, Zucker, Enzyme, Natriumbicarbonat und dergl. enthalten können. Es wird angenommen, dass Sulfit mit Gluten-Proteinen so reagiert, dass diese an der Bildung von kovalenten S-S-Brücken gehindert werden (C. E. Stauffer (1994), The Science of Cookie and Cracker Production, Herausgeber Hamed Faridi, Chapman & Hall, New York, London, Kapitel 6, S. 237–238). Sulfit zeigt eine fast sofortige Wirkung im Teig und führt zu einem nicht mehr ausdehnungsfähigen und unelastischen Teig. Sulfit aktiviert auch Weizenproteasen, die den Abbau der Gluten-Struktur verstärken (H. S. Olcott, L. A. Sapirstein, M. J. Blish, Cereal Chem., Bd. 20(1) (1943), S. 87–97). Von Cystein und Glutathion wurde ebenfalls gezeigt, dass sie ähnliche Wirkungen besitzen (C. O. Swanson, A. C. Andrews, Cereal Chem., Bd. 22(3) (1945), S. 134–149).
Papain war eines der ersten Enzyme, das auf die Modifikation von Weizen-Gluten angewandt wurde (C. O. Swanson, A. C. Andrews, Cereal Chem., Bd. 22(3) (1945), S. 134–149; R. H. Harris, J. Johnson Jr., Cereal Chem., Bd. 17(3) (1940), S. 203–222. Auch die Verwendung von mikrobiellen Proteasen wurde in zahlreichen Patenten beschrieben: US-3 157 513, US-1 377 798, US-4 100 151, GB-2 007 960, DE-30 03 679-A1. Mikrobielle Proteasen können mit Enzymen aus Schweinepankreas vereinigt werden, wie es in EP-0 384 303 beschrieben ist. Ferner wurde eine partielle enzymatische Hydrolyse von Weizen-Gluten unter Verwendung von Proteasen aus Thermoactinomyces vulgaris beschrieben; M. Friedrich, J. Noack, R. Noack, Die Nahrung, Bd. 26(9) (1982), S. 811–822; J. I. Tschimirov, K. D. Schweinke, D. Augustat, V. Tolstoguzov, Die Nahrung, Bd. 27(7) (1983), S. 659–668.
EP-A-0 588 426 betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der rheologischen Eigenschaften von Teig und der Qualität von Backwaren durch Zugabe eines Hefederivats, vorzugsweise in Kombination mit einem Reduktionsmittel und/oder Enzympräparaten mit Amylase-, Hämicellulase-, Oxidoreduktase- und/oder Protease-Aktivität.
Im Vergleich zu Sulfit wirken Proteasen auf unterschiedliche Weise, da sie die Peptidbindungen von Gluten hydrolysieren. Dies verringert auch den Schrumpfungsgrad von Teigstücken und gibt Keksen eine regelmäßigere Größe. Dennoch ist die Wirkung derartiger Proteasen zeitabhängig. Dies stellt den hauptsächlichen begrenzenden Faktor bei der Verwendung von Proteasen in Teigen dar, da Kekshersteller bezüglich der Ruhezeit von Teigen einen gewissen Grad an Freiheit benötigen. Dies ist bei der raschen Wirkung von Reduktionsmitteln, wie Sulfiten, möglich, jedoch bei der kontinuierlichen Wirkung von Proteasen nicht einfach zu handhaben.
Es wurde überraschenderweise festgestellt, dass eine neue Kombination von Enzymen es den Keksherstellern gestattet, die Wirkung von Sulfit im Teig nachzuahmen. Erfindungsgemäß wird eine Kombination aus einer Protease, die durch Oxidation inaktiviert wird, und einem Enzym, das eine derartige Oxidation hervorrufen kann, beschrieben. Diese Kombination von Enzymen kann das Metabisulfit in Teig, z. B. in Teig für Backwaren, wie bei der Herstellung von Keksen, ersetzen.
Bei der oxidationsempfindlichen Protease handelt es sich vorzugsweise um eine Thioprotease, z. B. um Papain oder Bromelain. Das oxidierende Enzym bildet vorzugsweise ein Oxidationsmittel, wie H₂O₂ (Wasserstoffperoxid), das nach einer bestimmten Zeitspanne die Protease inaktivieren kann. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Enzym um Glucoseoxidase, Sulfhydryl-oxidase oder Aminosäure-oxidase. Gute Ergebnisse können mit Papain, z. B. aus Carica papaya, das von der Firma Gist Brocades unter der Warenbezeichnung Protease V100 erhältlich ist, in Kombination mit einer (z. B. pilzlichen) Glucose-oxidase, vorzugsweise aus Aspergillus niger, die unter der Warenbezeichnung Maxazyme GO 1500 erhältlich ist, erzielt werden.
Durch Verwendung einer Protease, die nur zu Beginn der Teigbereitung aktiv sein kann, lässt sich ein Schrumpfen des Teiges verringern und es lassen sich Backwaren, wie Kekse, von regelmäßigerer Größe erhalten. Die Wirkung der Protease (oder der einzelnen Proteasen) kann sodann wesentlich verringert werden, wenn die Konzentration des oder der Oxidationsmittel ein bestimmtes (inaktivierendes) Niveau erreicht hat. Daher kann die erforderliche Enzymmenge, die zur Bildung einer ausreichenden Menge an Oxidationsmittel erforderlich ist, von der Oxidationsstabilität der Protease, der Menge der vorhandenen Protease, der Wirksamkeit des Oxidationsmittels und der gewünschten Zeitspanne, nach der die Proteaseaktivität auf ein gewünschtes Niveau abgenommen haben soll, abhängen.
Die Aktivität der Protease (NF) wird durch eine 60-minütige Hydrolyse von Casein beim pH-Wert 6,0 und bei 40°C bestimmt. Eine NF-Einheit ist die Enzymmenge, die zur Freisetzung des Äquivalents von 1 μg Tyrosin pro Stunde nach Fällung der verbleibenden Proteine mit Trichloressigsäure erforderlich ist.
Die Aktivität von Oxidasen lässt sich allgemein bestimmen, indem man ein Substrat in einen Puffer (pH-Wert etwa 5,4) bei einer Temperatur von etwa 37°C 10 Minuten oxidiert. Das gebildete Wasserstoffperoxid wird in Gegenwart von Meerrettich-peroxidase und o-Dianisidin-dihydrochlorid gemessen. 1 SU ist die Enzymmenge, die zum Verbrauch von 0,4 μmol Sauerstoff/Minute erforderlich ist.
Im allgemeinen wird Protease in einer Menge von 105 bis 109 NF/kg Mehl und vorzugsweise von 10⁶ bis 10⁸ NF/kg Mehl dem Teig zugesetzt (oder ist darin in dieser Menge enthalten). Von dem Enzym, das das Oxidationsmittel bildet, z. B. Glucose-oxidase, werden 50 bis 50 000 SU/kg Mehl und vorzugsweise 100 bis 2000 SU/kg Mehl dem Teig zugesetzt (oder es ist darin in einer solchen Menge enthalten).
Nimmt man Glucose-oxidase als Beispiel, so wird die Aktivität der Glucose-oxidase (GOX) bestimmt, indem man Glucose (0,11 M) in 0,1 M Phtalatpuffer (pH-Wert 5,4) 10 Minuten bei 37°C in Gegenwart von Meerrettich-peroxidase (40 mg/l POD-II, erhältlich von der Firma Boehringer Mannheim) und o-Dianisidin-dichlorhydrat (130 mg/l) oxidiert. 1 SU ist die Enzymmenge, die unter den Testbedingungen zum Verbrauch von 0,4 μmol Sauerstoff/Minute erforderlich ist.
Sulfhydryl-oxidase (SOX) lässt sich nicht nach dem vorstehenden Verfahren bestimmen, da Wasserstoffperoxid mit dem Substrat von SOX (Glutathion) reagiert. Stattdessen wird die Aktivität von Sulfhydryloxidase bestimmt, indem man die Abnahme des Substrats Glutathion gemäß den Angaben von Young und Nimmo, Biochem. J., Bd. 130 (1972), S. 33, misst. Eine Sulfhydryl-oxidase-Einheit entspricht einer Enzymmenge, die zur Abnahme von 1 μMol Sauerstoff/Minute aus einem Testgemisch mit einem Gehalt an 8 mMol GSH (Glutathion) und 40 mMol Natriumacetat (pH-Wert 5,5) bei 25°C erforderlich ist.
Die Menge an Wasserstoffperoxid, die von 1 Einheit SOX gebildet wird, ist etwa die gleiche wie für 1 Einheit GOX (SU).
Verwendung des Farinographen und Interpretation
Der Farinograph misst während des Mischvorgangs den Teigwiderstand und zeichnet diesen auf. Mit dieser Vorrichtung ist es möglich, den Einfluss von Verbindungen, die die Teigkonsistenz beeinflussen, z. B. von Metabisulfit und Protease, zu messen. Eine Konsistenz von etwa 500 BU (Brabander-Einheiten) stellt eine gute Konsistenz zum Brotbacken dar. Wenn das Gluten in einem Teig durch eine Protease hydrolysiert wird, weist das erhaltene Gemisch mit einem Gehalt an Stärke und hydrolysiertem Protein eine Schlusskonsistenz von 100 bis 200 BU auf. Zum Backen von Keksen liegt die gewünschte Konsistenz zwischen der Konsistenz von Brotteig und einem vollständig hydrolysierten Teig, z. B. vorzugsweise im Bereich von 300 bis 400 BU.
Die Einheit DS₁₅ stellt die Abnahme der Farinograph-Kurve zwischen dem Maximalwert und 15 Minuten nach dem Maximalwert dar.
Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele und die Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 das Farinogramm des Teiges von Test Nr. 1 von Beispiel 1;
2 das Farinogramm des Teiges von Test Nr. 2 von Beispiel 1; und
3 das Farinogramm des Teiges von Test Nr. 4 von Beispiel 1.
Beispiel 1
Ein Teig wurde aus Weizenmehl hergestellt, indem man in einem Farinographen 300 g Mehl und Wasser (Endvolumen 188 ml) mindestens 20 Minuten vermischte, und zwar als Kontrolle oder mit einer Protease und/oder einem oxidierenden Enzym. Für Tests, bei denen GOX zugegeben wurde, wurde der Teig ferner mit Glucose (2 g/kg Mehl) versetzt. Verschiedene Parameter wurden für vier Teige gemessen. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt. Tabelle 1

DS₁₅:: Weichheitsgrad nach 15 Minuten in BU (Brabender-Einheiten)
BU_Breite:: Breite der Farinogrammspur nach einer Mischzeit von 15 Minuten.

Typischerweise bewirken Proteasen eine Verringerung dieses Werts, was im Farinogramm zu einer engen Spur führt.
Die Ergebnisse zeigen, dass Glucose-oxidase zu einer Verringerung der Wirkung von Papain befähigt war. Aus den Figuren ist klar ersichtlich, dass Papain das Gluten zu stark hydrolysiert, so dass sich der erhaltene Teig nicht zum Backen von Keksen eignet. Die Kombination aus Papain und GOX führt jedoch zu einer raschen Abnahme der Konsistenz auf ein gewünschtes Niveau. Dieses Niveau bleibt im Laufe der Zeit mehr oder weniger konstant. Ein längeres Mischen kann sogar zu einem Anstieg der Konsistenz führen, was möglicherweise auf eine indirekte Oxidation des Glutens durch das von GOX erzeugte H₂O₂ zurückzuführen ist.
Beispiel 2
Einfluss der Glucosekonzentration
Tests wurden gemäß Beispiel 1, Test Nr. 4, durchgeführt, wobei aber in den Teigen die Mengen an Glucose variierten.
Tabelle 2
Die optimalen Konzentrationen von Papain und GOX hängen von der Rezeptur und den Verfahrensbedingungen ab. Beispielsweise beeinflusst die Konzentration von Glucose die Aktivität von GOX, wie aus den in Tabelle 2 aufgeführten Ergebnissen ersichtlich ist.
Glucose liegt in Mehl (ohne jeglichen Zusatz) bereits vor. Daher kann die Kombination von GOX und Papain gegebenenfalls ohne Glucosezusatz funktionieren.
Die Ergebnisse zeigen, dass ein Zusatz von Glucose den Teig befähigt, eher eine bestimmte Festigkeit (Konsistenz) zu gewinnen. Wie der Farinograph zeigt, nimmt die Konsistenz zunächst ab und nimmt dann auf einen höheren Wert zu, verglichen mit dem Fall, wenn GOX allein vorhanden ist. Vermutlich wird nur ein Teil des durch GOX gebildeten Wasserstoffperoxids zum Stoppen von Papain verwendet, während ein Teil auch von Peroxidasen im Mehl verwendet wird, um das Gluten-Netzwerk wieder zu festigen. Die Wirkung von Glucose besteht darin, dass mehr Wasserstoffperoxid gebildet wird, wodurch die Teigfestigkeit rascher zurückgewonnen wird.
Beispiel 3
Einfluss der GOX-Konzentration
Tests wurden gemäß Beispiel 1, Test Nr. 4, durchgeführt, mit der Ausnahme, dass die dem Teig zugesetzten Mengen an GOX variierten (Papain war in der Konzentration von Test Nr. 4 von Beispiel 1 vorhanden).
Tabelle 3
Die in Tabelle 3 aufgeführten Ergebnisse zeigen, dass bei größeren GOX-Mengen die Teigkonsistenz größer wird.
Beispiel 4
Stabilität von Teigen
Tests wurden gemäß Beispiel 1, Test Nr. 2 und 4 durchgeführt. Ein Vegleich mit einer Sulfit-Kontrolle wurde durchgeführt. Die Mischzeit betrug in der ersten Stufe 15 Minuten. Die Teigviskosität wurde nach Ruhezeiten von 1 Stunde und 5 Stunden gemessen. Glucose war in den Teigen in einer Menge von 2 g/kg Mehl vorhanden.
Tabelle 4
In Test Nr. 3 wurden 200 ppm Sulfit verwendet. Die Dosierungen bei der Keksherstellung können je nach den beteiligten Produkten und Verfahren 200 bis 1200 ppm betragen. Der Bu_5h-Wert ist bei einer höheren Sulfitdosierung niedriger.
Der Einfluss von GOX in Kombination mit Papain bestand darin, dass Teig in ähnlicher Weise wie mit Sulfit ausreichend stabilisiert werden konnte.

Claims

Enzymgemisch zur Verwendung in Teigen zum Backen, enthaltend (i) eine Protease, die mindestens teilweise durch Oxidation mittels eines Oxidationsmittels inaktiviert wird, und (ii) ein Enzym, welches jenes Oxidationsmittel bildet,
Gemisch nach Anspruch 1, worin die Protease eine Thioprotease, gegebenenfalls Papain oder Bromelain, ist.
Gemisch nach Anspruch 1 oder 2, worin das Oxidationsmittel H₂O₂ ist.
Gemisch nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das Enzym, welches das Oxidationsmittel bildet, Glucoseoxidase, Sulfhydryloxidase oder Aminosäureoxidase ist.
Gemisch nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin die Protease Papain ist, das aus Carica papaya erhalten worden ist.
Gemisch nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das Enzym gemäß (ii) Glucoseoxidase ist, die aus Aspergillus niger erhalten worden ist.
Zum Backen geeigneter Teig, der ein Enzymgemisch nach einem der vorstehenden Ansprüche und gegebenenfalls andere Teigbestandteile enthält.
Teig nach Anspruch 7, worin die Protease in einer Menge von 10⁶ bis 10⁷ NF/kg Mehl vorliegt.
Teig nach Anspruch 7 oder 8, worin das durch das Enzym gebildete Oxidationsmittel H₂O₂ ist und das Enzym in einer Menge von 500 bis 1500 SU/kg Mehl vorliegt.
Verfahren zum Herstellen eines zum Backen geeigneten Teigs, wobei folgende Bestandteile gemischt werden: (i) Eine Protease die mindestens teilweise durch ein Oxidationsmittel inaktiviert wird, (ii) ein Enzym, das jenes Oxidationsmittel bildet, (iii) Mehl und (iv) Wasser.
Verfahren nach Anspruch 10, welches das Zugeben eines Enzymgemisches nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zu einem Teig, der Mehl und Wasser enthält, beinhaltet.
Verfahren zum Herstellen einer Backware, wobei (i) ein Teig bereitgestellt wird, enthaltend a) eine Protease, die mindestens teilweise durch Oxidation mittels eines Oxidationsmittels inaktiviert wird, b) ein Enzym, das jenes Oxidationsmittel bildet, c) Mehl und Wasser, sowie (ii) der Teig gebacken wird.
Verwendung eines Enzyms, das ein Oxidationsmittel bildet, welches durch Oxidation eine Protease inaktiviert, zum Herstellen eines Teigs oder bei der Herstellung einer Backware.