NO147169B - Fremgangsmaate for eliminering av sukker som foraarsaker flatulens - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for eliminering av flatulensdannende sukker fra soya, hvor man fermenterer en vandig suspensjon av soya med matgjær og spesielt Saccharomyces uvarum.

Soyabønner eller soyakaker anvendes for fremstilling av næringsmidler slik som soyagryn og soyamel. Anvendelsen av disse næringsmidler for fremstilling av matvarer som skal anvendes av mennesker lider under problemer som skyldes smak og fordøyelighet. I det fjerne Østen er de innfødte befolk-ninger mer eller mindre tilvent den typiske smaken som det er så vanskelig å fjerne eller nøytralisere i soyaprodukter.

De har lyktes å løse problemet med hensyn til fordøyelighet ved å anvende lokale mikroorganismer for å nedbryte de stof-fer som skaper problemer. Under fremstillingen av de tradi-sjonelle matvarer som benevnes tempeh fermenteres de knuste soyabønner ved hjelp av en muggsopp som benevnes Rhizopus oligosporus. En slik matvare har samtidig en smak som er helt akseptabel også for vestlige ganer. Men det er ikke alltid mulig uten videre å benytte disse gamle løsninger,

det antall mikroorganismer som tillates av lover og regler i visse vestlige land, er f.eks. meget begrenset. Hvis man ønsker å løse problemer som knytter seg til den typiske smak og til de ufordøyelige oligosakkarider i soya ved hjelp av mikroorganismer i industriell målestokk, må man benytte seg av mikroorganismer som tillates anvendt i disse landene, med andre ord mikroorganismer som anvendes i ernæringen og spesielt matgjær. Men bare gjærene som benevnes S« cerevisiae, S. carlsbergensis som nylig har fått nye navn, nemlig Si uvarum, Candida utilis og Kluyvermomyces fragilis er vanligvis akseptert som matgjær. Blant disse må det velges de som syntetiserer de nødvendige enzymer for å nedbryte oligosakkaridene i soya som gir opphav til flatulens, nemlig raffinose og stachyose.

En kjent fremgangsmåte for fremstilling av strukturerte vege-tabilske proteiner ved behandling med damp under trykk, består i å fermentere med S. carlsbergensis eller S. cerevisiae f.eks. et soyamel som er fuktet slik at fuktighets-innholdet er mellom 15 og 35%. Den fuktige fermenterte og granulerte massen behandles deretter i en dampstrøm under trykk. Det tilveiebragte produkt har en struktur som lig-ner på kjøtt og en smak som ikke kan henføres til noen av de to behandlinger anvendt hver for seg. En annen fremgangsmåte som er kjent består i å fermentere under aerobe betingelser med S. cerevisiae eller S. carlsbergensis, en vandig suspensjon av soyamel som fortrinnsvis inneholder ca 10% tørrstoff. Det behandlede materialet bør inneholde 55 -

65% proteiner hvor noen prosent skriver seg fra selve gjæren. Den egner seg til fremstilling av en vegetabilsk melk som kan tilføres visse oster uten at ostens egenskaper i vesentlig grad forandres.

De to kjente, ovennevnte fremgangsmåter, nemlig statisk fermentering av et fuktig soyamel og aerob fermentering av en vandig suspensjon har visse ulemper som kan være enten øko-nomiske eller kvalitative. Den første gjør det ikke mulig å redusere det totale innhold i oppløselig sukker til mer enn ca# halvparten i en meget lang fermenteringsperiode som strekker seg fra 48 - 96 timer. En homogen behandling gjen-nom hele den fuktige, granulerte masse syntes ikke å være mulig. Den annen fremgangsmåte gjør det ikke mulig å anvende suspensjoner med høyt innhold av tørrstoff. Dette kan ikke overstige en verdi på mellom 10 og 15% uten at skummet som frembringes av proteinene som omrøres i suspensjonen som er under heftig gjæring blir altfor stort. I den annen fremgangsmåte vil videre den gjærmengden som frembringes i fermenteringsvæsken være ca. halvparten av mengden nedbrutt sukker. Det synes derfor som om man må bytte den karakteristiske soyasmaken med den karakteristiske gjærsmaken.

Det er i US-PS 4 008 334 foreslått å fjerne de vannoppløse-lige karbohydrater i soya ved fermentering av en aerob vandig suspensjon med hjelp av bakegjær som vanligvis benevnes S. cerevisiae og visse stammer av S. carlsbergensis (ølgjær) og S. cerevisiae var. ellipsoideus (vingjær). I dette pa-tent er det presisert at i motsetning til det som tidligere er bekreftet om denne arten, har S. cerevisiae de nødvendige enzymer for å nedbryte raffinose og stachyose og er den beste kjente sopp for dette bruk iflg. forfatteren. I eksemplene i dette patentet, er betoningen lagt på anvendelsen av gjærsopp. Men man har fastslått i overenssstemmelse med det man kan lese i J Lodder "The Yeasts" (2. utgave 1970)

som er en autoritet på området, at S. cerecvisiae ikke har de nødvendige enzymer for å nedbryte flatulentsukker i soya.

Det synes som man likeledes kan finne bekreftelse på dette forhold i BE-PS 849 141 som fastslår at det er viktig å anvende lavere ølgjær i motsetning til høyere ølgjær som iden-tifiseres som respektive former av S. carlsbergensis og S. cerevisiae. Men i dette dokumentet tilsettes den levende gjær i et kar med soyamel blandet med tilsvarende vektmengde vann og man lar det bare reagere i noen timer. Nedbrytningen av flatulentsukker under disse betingelser synes å være meget hypotetiske og eksemplene på smaksprøver som gis i patentet synes å bekrefte dette inntrykket.

Det er videre i US-PS 3 912 821 beskrevet en fremgangsmåte for fremstilling av et modifisert vegetabilsk protein som kan tjene som erstatning for kaseinat, hvor man fører et soyamel i vandig suspensjon, tilfører S.. cerevisiae og S. carlsbergensis, fermenterer i 60 timer ved 16°C i et lukket kar, tilsetter natriumhydroksyd for å få et karbonat ved omsetning med karbondioksyd som fremstilles under gjæringen, oppvarmer for å få karbonatet til å reagere med proteiner, hvoretter man avslutter med å nøytralisere med en syre. I denne fremgangsmåten er det sannsynlig at ikke alle de opp-løselige sukkerene i soya nedbrytes, og spesielt gjelder dette flatulensdannende oligosakkarider.

Endelig er den anaerobe fermentering av en vandig suspensjon

av soya ved hjelp av gjær, beskrevet i US-PS 2 190 644.

Man har allerede der tenkt på å omdanne alle sukkerene i soya til nedbrytningsprodukter, nemlig alkohol og karbondioksyd, selv om man kan tvile på nedbrytningsgraden av de flatulensdannende oligosakkarider som man i virkeligheten oppnår.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte som til-later en total nedbrytning av soyasukker.

Oppfinnelsen angår således en fremgangsmåte for å eliminere sukker som forårsaker flatulens, fra soya, hvor en vandig suspensjon av soya fermenteres ved hjelp av matgjær, og spesielt S. uvarum, og denne fremgangsmåte karakteriseres ved at det fremstilles en suspensjon av soya med 5-45 vekt-% tørrstoff, suspensjonen tilføres minst én stamme av S. uvarum som er bragt i veksttilstand i et miljø med minst ett sukker som har minst én aD-galaktopyranosylforbindelse, og suspensjonen fermenteres under anaerobe betingelser i minst 8 timer ved en temperatur på 15 - 50°C.

Man har i virkeligheten fastslått at det ikke er mulig å få en total eliminering av flatulensdannende sukker ved enkel fermentering ved hjelp av gjær, selv ved hjelp av de som man vet inneholder nødvendige enzymatiske utstyr.

Det har vist seg å være absolutt nødvendig å innføre produk-sjon av cx-galaktosidase ved hjelp av mikroorganismer for at denne deretter skal være i stand til å nedbryte effektivt aD-galaktopyranosylforbindelsene i all raffinose og stachyose som inneholdes i soyasuspensjonen. Man har bekreftet ved sammenlignende systematiske prøver at S. cerevisiae ikke frembringer a-galaktosidase selv om man forsøker å få den til å vokse i et miljø som inneholder f.eks. raffinose, og at visse stammer av S. uvarum kan fremstille a-galaktosidase dersom man lar dem vokse i et miljø som inneholder et sukker som krever dette enzym for nedbrytning. Man har bekreftet at både S. cerevisiae og S. uvarum kan frembringe invertase, men ikke i samme mengde. Man har likeledes fastslått at det er mulig i betraktelig grad å redusere den nødvendige tid for total fjerning av flatulensdannende sukker ved å tilføre soyasuspensjonen en blanding av de to stammer, hvor den ene har en god invertaseaktivitet slik som visse stammer av S. cerevisiae eller S. uvarum som er dyrket i glukose eller sakkarose som raskt nedbryter stachyose og raffinose i fruktose og manninotriose og melibiose, og videre som har en god cc-galaktosidaseaktivitet, slik som visse stammer av S. uvarum dyrket i stachyose eller raffinose som eliminerer manninotriose og melibiose.

Foreliggende oppfinnelse er økonomisk. Man sparer samtidig tilførsel av sterilisert luft og den nødvendige energi for kraftig omrøring. Man kan nøyes med en lett eller periode-vis omrøring. Foreliggende oppfinnelse er effektiv. Man kan redusere nesten til null det totale innhold av oppløselige sukker i en rimelig tid. Det frembringes bare en liten mengde gjær i blandingen, siden størstedelen av sukkeret over-føres til flyktig alkohol og CC^.

For gjennomføring av foreliggende oppfinnelse, kan man gå

ut fra skrellede og knuste soyabønner eller et soyamel som evt. kan være avfettet f.eks. Med "soyasuspensjon" for-

står man en suspensjon av alt materialet i finfordelt form som man får av en soyabønne og som omfatter en stor del av næringsstoffene, evt. med unntak av oljen som enten kan være presset ut eller ekstrahert. Man frembringer fortrinnsvis en suspensjon av avfettet soyamel eller en suspensjon av hele soyabønnen som inneholder 10 - 45 vekt-% tørrstoff.

For fermentering kan man anvende enhver stamme av S. uvarum som er i stand til å nedbryte flatulensdannende sukker i soya etter å ha vært dyrket f.eks. i raffinose eller stachyose. Man kan likeledes anvende en kombinasjon av en slik stamme med en annen matgjærstamme som har en god invertaseaktivitet. Med "matgjær" forstår man enhver gjær hvis tilførsel til matvarer godtas og kompetente organer. Dette gjelder spesielt ølgjær og bakegjær. Man kan få utmerkede resultater ved å anvende stammen av S. uvarum CBS 1502 som er bragt i veksttilstand i et miljø hvor hovedkilden for karbon er flatulensdannende sukker og spesielt raffinose, fortrinnsvis i kombinasjon med en av stammene S. cerevisiae CBS

5494 og S. uvarum CBS 2451 som er bragt i veksttilstand i et miljø hvor hovedkilden for karbon er f.eks. glukose eller sakkarose.

Før inokulering med den valgte gjær, er det anbefalt å pasteurisere suspensjonen ved f.eks. en varmebehandling. Hvis man frembringer en suspensjon av avfettet soyamel, kan man pasteurisere ved oppvarming til en temperatur på 60 - 70 °C i noen titalls minutter eller ved en rask oppvarming til en temperatur på 130 - 14 5°C i 3 0 - 6 0 sekunder. Hvis man fremstiller en suspensjon av hele soyabønner, kan man knuse bønnene sammen med vann ved høye temperaturer for å få en dispergering av partikler som har en diameter på ca 0,5 mm, oppvarme dispergeringen ved innsprøyting av damp røed en temperatur på 120 - 160°C i 5 - 45 sekunder for å redusere anti-trypsinfaktoren og deretter knuse dispergeringen ved hjelp av et-passende apparat/ spesielt en kulemølle, for å få en myk suspensjon som er oljeaktig og stabil og som f.eks. har kornstørrelser som ligger i størrelsesorden noen mikron til noen titalls mikron.

Man kan deretter tilføre suspensjonen en passende mengde levende gjær, i vekt-o/oo av tørrstoffet, på mellom 0,5 og 10 o/oo av mengden soya i suspensjonen. Man kan tilføre en stamme av S. uvarum som man har bragt i veksttilstand i et miljø hvor hovedkilden for karbon består av minst et av oligosakkaridene i soya og spesielt raffinose. Man kan fremstille dette inokulum i to trinn, f.eks. ved først å dyrke den valgte stamme i et tyvetalls timer i et miljø som inneholder glukose eller sakkarose som hovedkilde for karbon, for deretter å overføre stammen i et miljø som inneholder minst en av oligosakkardiene i soya som hovedkilde for karbon for der å dyrke stammen i ytterligere et tyvetalls timer. Man kan anvende et avkjølt inokulum, frosset eller tør-ket ved frysetørking.

Dette inokulum kan som nevnt ovenfor likeledes inneholde en annen spiselig gjærstamme som har en god invertaseaktivitet.

Når suspensjonen er tilsatt gjær, lar man den fermentere under anaerobe betingelser. For å garantere visse betingelser kan man nøye seg med bare å røre om i dyrkningsmiljø-et langsomt eller med avbrudd slik at praktisk talt ingen luft trenger ned til gjæren under suspensjonen. Denne lang-somme eller avbrutte omrøring har bare til formål å opprett-holde homogeniteten i suspensjonen under behandlingen.

Man får de ønskede resultater ved å fermentere suspensjonen

i minst 8 timer og fortrinnsvis 10 - 24 timer ved en temperatur på 15 - 50°C. Man kan da stoppe fermenteringen. For å gjøre dette kan man f.eks. føre suspensjonen opp til en temperatur på 70 - 85°C i 10 - 30 min, med andre ord pasteurisere den, for deretter å behandle den på forskjellige måter alt etter hvilken bruk man har tiltenkt det fermenterte materialet, eller tørke materialet på valser eller pulverisere eller frysetørke etter en evt. konsentrasjon ved fordamping i vakuum eller ved hjelp av en fordamper med ribbeoverflate. Etanol som dannes under fermenteringen fordamper ved tørkin-gen. Mengden gjær som dannes under fermenteringen og som blir igjen i sluttproduktet er så liten at den stort sett faller innenfor feilmarginen i de kjente metoder for å be-stemme tørrstoffinnholdet i vandig suspensjon. Det tilveiebragte produkt har en praktisk talt nøytral smak og lukt. Det kan anvendes som protein-supplement, -tillegg eller -erstatning i næringsmiddelindustrien og spesielt i industrien som fremstiller diettprodukter. Den egner seg spesielt for fremstilling av vegetabilsk melk eller kjøtterstatninger.

Følgende eksempler er gitt som illustrasjoner. Vektandel-

ene er vekt-%. Dersom ikke annet er angitt, bestemmes det totale sukkerinnhold (mono- og polysakkarider) ved hjelp av en kalorimetrisk metode etter V Trevelyan (metodens opp-rinnelse finnes i en artikkel av R Dreywood, publisert i "Ind. Eng. Chem. Ann." 18, 499 (1946); en moderne og kurant versjon er beskrevet i den kjente boken "Method in Carbohyd-rate Chemistry", Vol I, side 480 forfattet av Z Dische,utgitt av Academic Press NY & London 1962, forleggere Whistler et Wolf rom) , som baserer seg på bestemmelsen av et kompleks som dannes av sukkerene med antron i konsentrert svovelsyre.

Eksempel 1

Man dyrker S. uvarum CBS 1502 i et næringsmiljø med følgende sammensetning: og 10 ml av en oppløsning som har følgende sammensetning:

Etter 24 timer overføres stammen til et miljø som er identisk med det forannevnte med unntak av at 20 g sakkarose erstattes med 5 g raffinose. Etter 20 timers dyrking ved 30°C i om-rørte flasker, får man et inokulum som inneholder 2,5 g gjær som vektandel i tørrstoffet pr liter og hvor pH er 3,75.

I et gjæringskar på 30 liter fremstilles 20 liter av en vandig suspensjon av 20% avfettet for soyamel, som markedsføres av firma Central Soya i USA under navnet "Soya Fluff W 200". Man pasteuriserer suspensjonen i 15 min ved 60°C. Man tilsetter et inokulum i forholdet 0,6 vektdeler tørt gjærstoff pr 1000 deler soyamel i suspensjonen. Man lar pH utvikle seg fritt. Den har en verdi på 6,6 før pasteuriseringen og på 6,2 etter, for deretter å falle til 5,8 i løpet av fermenteringen. Man omrører suspensjonen langsomt ved hjelp av to propellrørere som roterer med en hastighet på mellom 50 og 75 omdreininger pr min. Man holder fermenteringstem-peraturen på 3 0°C. Man måler et totalt oppløselig sukkerinnhold på 18,5 mg/ml når fermenteringen begynner. Denne verdi faller, først raskt og deretter langsomt til 1,5 mg/

ml etter 24 timers fermentering. Denne reduksjonen på mer enn 90% i de totale oppløselige sukkere bekreftes fullt ut ved parallelle undersøkelser ved hjelp av tynnsjiktskromatografi.

Eksempel 2

En suspensjon av hel soya tilføres gjær på tilsvarende måte som i eksempel 1, man lar fermenteringen foregå under tilsvarende betingelser og man får likeledes resultater som kan sammenlignes med resultatene som er beskrevet i eksempel 1.

Eksemplene 3- 14

En serie systematiske prøver er blitt gjennomført for å fast-slå om andre matgjærstammer har en a-galaktosidaseaktivitet med eller uten tilførsel av flatulensdannende sukker, for deretter å undersøke hvilke matgjærer som i praksis egner seg pga. sin gode invertaseaktivitet og som kan være med å danne par av gjærstammer som er spesielt effektive for nedbrytning av flatulensdannende sukker i soya på grunnlag av den felles aktivitet av enzymene med hensyn på a-galaktosidase og invertase. Tabellen på neste side gir resultatene fra disse prøver: Målingen gjennomføres ved tynnsjiktskromatografi etter 12 og 24 timers fermentering av en vandig suspensjon av hel soya som er finfordelt og som har følgende egenskaper:

Fermenteringen utføres ved hjelp av forskjellige mikroorganismer og par av mikroorganismer som er angitt i kolonnen til venstre. Sukkeret mellom parentesene angir karbonkilden i det miljøet hvor gjæren er blitt dyrket. Dyrkningsmiljøet ligger med hensyn på karbonkilde nær opptil sammensetningen i det dyrkningsmiljø som er angitt i eksempel 1. Man dyrker hver stamme i 20 timer ved 30°C i omrørte flasker. Man til-fører til soyasuspensjonen 0,6 deler gjær beregnet som vekt-tørrstoff pr 1000 deler soyamel i suspensjonen.

Man ser av tabellen at Candida utilis CBS 841, S. cerevisiae CBS 4054 og S. uvarum CBS 1502 dyrket i glukose bare har en liten invertaseaktivitet. S. cerevisiae CMS 5494 og S. uvarum CBS 24 51 dyrket i glukose har hhv. en god og meget god invertaseaktivitet .

Candida utilis CBS 841 og S. cerevisiae CBS 4054 dyrket i raffinose har ingen a-galaktosidaseaktivitet. S. cerevisiae CBS 5494 og S. uvarum CBS 2451 dyrket i raffinose viser hhv. god og meget god invertaseaktivitet, men ingen a-galaktosidaseaktivitet. S. uvarum CBS 1502 dyrket i raffinose har samtidig en god invertaseaktivitet og en god a-galaktosidaseaktivitet.

De beste resultatene tilveiebringes ved å kombinere S. cerevisiae CBS 5494 og S. uvarum CBS 2451 med S. uvarum CBS 1502 dyrket i raffinose, og alle sukkere i soya kan nedbrytes på minst 12 timer ved hjelp av en slik kombinasjon.

Eksempel 15

Man utfører fremgangsmåten iflg. eksempel 2 i US-PS 4 008 334

i to parallelle gjæringskar for å forsterke den eksperimentelle sikkerhet. Man fremstiller en vandig suspensjon med 15% tørr-stoff av avfettet soyamel. Man justerer pH til 4,5. Man pasteuriserer- 15 min ved 90°C. Man tilfører suspensjonen levende bakegjær "Malteserkorsgjær" fra De Danske Sprit Fabrikker i et forhold på 0,25 vekt-% tørrstoffgjær i forhold til tørr-stoff et soya. Man fermenterer under omrøring i 16i time ved lufttilførsel i et forhold på 0,5 volumdeler luft pr volumdel suspensjon pr min.

Man utfører sterilitetskontroller med jevne intervaller og

man har ikke konstatert noen vesentlig bakteriekontaminering. Man har kontrollert antallet gjærceller ved begynnelsen av

og avslutningen av fermenteringen, og man har konstatert at antallet er 9,4 ganger så stort ved slutten som i begynnelsen. Dette gjør det mulig å konkludere med at nedbrytningen av oppløselige sukkere i suspensjonen er forårsaket av gjærcel-lene og ikke av evt. andre kontaminerende mikroorganismer.

Man har kontrollert nedbrytningsgraden av oppløselige sukkere

i suspensjonen ved hjelp av tynnsjiktskromatografi etter 0,

6, 9, 12 og 16,5 timers fermentering. Denne analysen har gitt de samme resultater for de to parallelle fermenterings-prøver. Disse resultater er gitt i tabellen på neste side:

Man ser at stachyose og raffinose forsvinner pga. invertase og at manninotriose og melibiose akkumulerer pga. manglende a-galaktosidase. Sakkarose, galaktose, glukose og fruktose forsvinner etter 6 timer. Gjæren som anvendes har således ikke en tilstrekkelig a-galaktosidaseaktivitet, selv om den for øvrig er effektiv. Man kan konkludere med at de sukkere i soya som forårsaker flatulens ikke nedbrytes ved fremgangsmåten som er beskrevet i US-PS 4 008 334.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for å eliminere sukker som forårsaker flatulens fra soya, hvor en vandig suspensjon av soya fermenteres ved hjelp av matgjær og spesielt Saccharomyces uvarum, karakterisert ved at det fremstilles en suspensjon av soya med 5-45 vekt-% tørrstoff, suspensjonen tilføres minst en stamme av S. uvarum som er bragt i veksttilstand i et miljø med minst et sukker som har minst én aD-galaktopyranosylforbindelse, og suspensjonen fermenteres under anaerobe betingelser i minst 8 timer ved en temperatur på 15 - 5 0°C.

2. Fremgangsmåte iflg. krav 1, karakterisert ved at suspensjonen fermenteres i 10 - 24 timer.

3. Fremgangsmåte iflg. krav 1, karakterisert ved at det som gjærstamme anvendes S. uvarum CBS 1502.

4. Fremgangsmåte iflg. krav 1, karakterisert ved at en suspensjon fermenteres ved hjelp av en av stammene S. cerevisiae CBS 5494 og S. uvarum CBS 2451 som er bragt i en veksttilstand i et miljø hvor hovedkilden for karbon er glukose eller sakkarose, sammen med S. uvarum CBS 1502 som er bragt i veksttilstand i et miljø hvor hovedkilden for karbon er raffinose eller stachyose.