Verfahren zur enzymatischen Herstellung eines PflanzenhydrolysatsProcess for the enzymatic production of a plant hydrolyzate
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur enzymatischen Herstellung eines Pflanzenhydrolysats, bei dem man ein Gemisch von pflanzlichen und/oder bakteriellen Enzymen auf zerkleinertes Pflanzenmaterial einwirken lässt, wobei als Pflanzenmaterial die Gesamtpflanze oder ihre Teile eingesetzt werden, und das so erhaltene Pflanzen hydrolysat aus der Reaktionslösung durch Filtration und anschließende Sprühtrocknung gewonnen wird.The invention relates to a process for the enzymatic preparation of a plant hydrolyzate, in which a mixture of plant and / or bacterial enzymes is allowed to act on comminuted plant material, being used as plant material, the whole plant or its parts, and the resulting plant hydrolyzate from the reaction solution Filtration and subsequent spray drying is obtained.
Aus der Literatur sind bereits viele Verfahren zur Extraktion von Pflanzeninhaltsstoffen bekannt. Bei diesen Verfahren werden meist aufgrund der unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften nur bestimmte Pflanzenstoffe erfasst und eine vollständige Extraktion ist in der Regel nicht möglich, obwohl es seit langem zahlreiche Bestrebungen gibt, die Verfahren zur Extraktion von Pflanzen zu verbessern.From the literature, many methods for the extraction of phytonutrients are already known. These methods usually only detect certain plant substances due to the different physical and chemical properties and complete extraction is usually not possible, although there have been many attempts for a long time to improve the methods for extracting plants.
Die deutsche Offenlegungsschrift 25 39 823 beschreibt ein Verfahren zur Her- Stellung von Tees, Salben, Cremes aus Heilpflanzen durch Gefriertrocknung. Hierbei wird das Pflanzengut zuerst zerkleinert, gefriergetrocknet und anschließend fein pulverisiert; die so erhaltenen Pflanzenbestandteile können in Tees und Salben eingebracht werden. Dieses Herstellungsverfahren hat jedoch den Nachteil, dass die biologisch aktiven Substanzen durch fehlenden oder mangelhaften Zellaufschluss nur bedingt für die gewünschte Applikation nutzbar gemacht werden können.The German patent application 25 39 823 describes a method for the production of teas, ointments, creams from medicinal plants by freeze-drying. Here, the plant matter is first crushed, freeze-dried and then finely pulverized; The plant components thus obtained can be incorporated into teas and ointments. However, this production method has the disadvantage that the biologically active substances can only be made available to a limited extent for the desired application by lacking or deficient cell disruption.
Die deutsche Patentschrift DE 35 39 492 beschreibt ein Verfahren zur Hydrolyse von zerkleinerter Lignocellulose mit konzentrierter Salzsäure und an- schließender destillativen Rückgewinnung der eingesetzten Salzsäure und Nachhydrolyse der gebildeten Zuckerlösung nach Verdünnung mit Wasser.
Die deutsche Patentanmeldung DE 38 43 027 beschreibt ein biotechnisches Verfahren zur Gewinnung von Öl aus ölhaltigen Pflanzenprodukten durch enzy- matische Spaltung in wässrigem Medium. Durch das verwendete Enzymsystem geht das Protein in Lösung und die Abtrennung des durch die Hydrolyse des Proteins freigesetzten Öls von der wässrigen Phase ist möglich.German Patent DE 35 39 492 describes a process for the hydrolysis of comminuted lignocellulose with concentrated hydrochloric acid and subsequent distillative recovery of the hydrochloric acid used and subsequent hydrolysis of the sugar solution formed after dilution with water. German patent application DE 38 43 027 describes a biotechnical process for obtaining oil from oil-containing plant products by enzymatic cleavage in an aqueous medium. By the enzyme system used, the protein goes into solution and the separation of the oil released by the hydrolysis of the protein from the aqueous phase is possible.
Die deutsche Patentanmeldung DE 41 16 744 beschreibt ein Verfahren zur enzymatischen Würz- oder Würzmittelherstellung aus pflanzlichen Rohstoffen. Bei diesem Verfahren wird eine in Wasser fein verteilte Protease zugesetzt und das Substrat mittels der Protease unter milden Bedingungen hydrolysiert, bis ein Verhältnis von Aminostickstoff zu Gesamtstickstoff von etwa 0,5 oder mehr erreicht ist. Vorteilhafterweise können zusätzlich zu den Proteasen auch noch Exopeptidasen verwendet werden, um eine weitere Aufspaltung der gewonnen Peptide in die Aminosäuren zu erreichen. Die verschiedenen Enzyme zur Bildung des Würzaromas können in einem einstufigen Verfahren im Gemisch eingesetzt werden; vorteilhaft ist es jedoch, die Enzyme in einem mehrstufigen Verfahren nacheinander zuzusetzen.German patent application DE 41 16 744 describes a process for enzymatic seasoning or seasoning from vegetable raw materials. In this method, a protease finely divided in water is added and the substrate hydrolyzed by the protease under mild conditions until a ratio of amino nitrogen to total nitrogen of about 0.5 or more is reached. Advantageously, in addition to the proteases, it is also possible to use exopeptidases in order to achieve a further splitting of the peptides obtained into the amino acids. The various enzymes for forming the spicy flavor can be used in a one-step process in a mixture; however, it is advantageous to add the enzymes in succession in a multistage process.
Alle diese Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass nur ein Teil der Inhaltsstoffe der Pflanzen zugänglich ist, während andere nicht erschlossen oder sogar als Abfall verworfen werden.All of these methods are characterized in that only a part of the ingredients of the plants is accessible, while others are not developed or even discarded as waste.
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein besonderes Verfahren zur Herstellung von Pflanzenhydrolysaten, das alle Inhaltsstoffe der betreffenden Pflanze erschließen kann und dabei diese Stoffe in einer gegenüber gebräuchlichen Extraktionsverfahren überraschend hohen Ausbeuten einer therapeutischen, kosmetischen oder anderweitigen Verwertung zur Verfügung stellt.The present invention describes a special process for the preparation of plant hydrolysates, which can develop all ingredients of the plant in question and thereby provides these substances in a comparison with conventional extraction methods surprisingly high yields of a therapeutic, cosmetic or otherwise recovery available.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch ein schonendes Verfahren zur Herstellung von Pflanzenhydrolysaten alle Inhaltsstoffe einer Pflanze zu erschließen und sie ohne den bei jedem Extraktionsverfahren unvermeidlichen Ausbeuteverlust vollständig einer therapeutischen, kosmetischen oder anderweitigen Verwertung zuzuführen.
Dieses Aufgabe wird durch ein Verfahren zur enzymatischen Herstellung eines Pflanzenhydrolysats gelöst, bei dem man in einem wässrigen, auf einen pH- Wert von 6 - 8 gepufferten Medium ein Gemisch von pflanzlichen und/oder bakteriellen und/oder Pilz-Enzymen auf ein zerkleinertes Pflanzenmaterial einwirken lässt. Als Pflanzenmaterial dient dabei die Gesamtpflanze oder ihre Teile. Das so gewonnene Pflanzenhydrolysat wird dann aus der Reaktionslösung abfiltriert und nach anschließender Sprühtrocknung als trockenes Pulver gewonnen.The invention has for its object to develop all ingredients of a plant by a gentle process for the preparation of plant hydrolysates and completely without therapeutic loss in any extraction process yield loss of a therapeutic, cosmetic or otherwise use. This object is achieved by a process for the enzymatic preparation of a plant hydrolyzate in which a mixture of plant and / or bacterial and / or fungal enzymes is applied to a comminuted plant material in an aqueous medium buffered to a pH of 6-8 leaves. As plant material serves the whole plant or its parts. The plant hydrolyzate thus obtained is then filtered from the reaction solution and recovered after subsequent spray drying as a dry powder.
Die mit dieser Erfindung erzielten Vorteile liegen darin begründet, dass das erfindungsgemäße Verfahren durch genaue Einhaltung eines am Neutralpunkt liegenden pH-Wertes durch Zusatz von Puffersubstanzen die bei anderenThe advantages achieved by this invention are due to the fact that the inventive method by precisely maintaining a lying at the neutral pH by addition of buffer substances in others
Hydrolyseverfahren stets auftretende Ansäuerung der Reaktionslösung durchHydrolysis always occurring acidification of the reaction solution by
Freisetzung von Säuregruppen vermieden wird. Da ein während der Hydrolyse ständig saurer werdendes Medium nicht nur die Aktivität der eingesetzten Enzyme beeinflusst, sondern auch die freigesetzten Pflanzeninhaltsstoffe verändert und denaturiert, lässt sich ohne eine strenge Kontrolle des pH-Wertes während der Hydrolyse kein der natürlichen Zusammensetzung entsprechendes Gemisch der Pflanzeninhaltsstoffe gewinnen. Hinzu kommt, dass eine standardisierte Qualität von Pflanzenhydrolysaten nur erhältlich ist, wenn Schwankungen des pH-Wertes zwischen den verschiedenenRelease of acid groups is avoided. Since a constantly acidifying during the hydrolysis medium not only affects the activity of the enzymes used, but also changes the liberated phytochemicals and denatured, without a strict control of the pH during the hydrolysis of the natural composition corresponding mixture of phytochemicals can win. In addition, a standardized quality of plant hydrolysates is only available when variations in pH between the different
Produktionschargen vermieden werden.Production batches are avoided.
Von besonderer Bedeutung ist es für die vorliegende Erfindung außerdem, dass die wässrige Lösung während der Hydrolyse eine Temperatur von weniger als 60°C, vorzugsweise zwischen 35 und 55°C aufweist und der Lösung ein Gemisch von vorzugsweise von zellulolytischen und/oder pektinolytischen pflanzlichen oder bakteriellen Enzymen zugegeben wird. Bevorzugte Enzyme sind hierbei Cellulasen, Pektinasen, Glucanasen, Proteasen und Amylasen. Ganz besonders geeignet ist ein Gemisch der vorstehend genannten Enzyme, die aus Tieren, Pflanzen, Pilzen und Bakterien stammen. Ein Beispiel hierfür ist ein Enzymgemisch bestehend aus etwa gleichen Anteilen Pankreatin, Papain, Pilzprotease und Bakterienprotease.
Die verschiedenen Enzyme können in einem einstufigen Verfahren im Gemisch eingesetzt werden, jedoch kann es auch vorteilhaft sein, die Enzyme in einem mehrstufigen Verfahren gruppenweise nacheinander einzusetzen.It is also of particular importance for the present invention that the aqueous solution during the hydrolysis has a temperature of less than 60 ° C, preferably between 35 and 55 ° C and the solution is a mixture of preferably cellulolytic and / or pectinolytic vegetable or bacterial enzymes is added. Preferred enzymes are cellulases, pectinases, glucanases, proteases and amylases. Especially suitable is a mixture of the abovementioned enzymes derived from animals, plants, fungi and bacteria. An example of this is an enzyme mixture consisting of approximately equal proportions of pancreatin, papain, fungal protease and bacterial protease. The various enzymes can be used in a mixture in a one-step process, but it may also be advantageous to use the enzymes in groups in succession in a multi-step process.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können beliebige Pflanzenmaterialien aufgeschlossen werden. Sowohl Früchte, als auch Blüten, Blätter oder Stammteile sowie unterirdische Pflanzenteile wie Wurzeln oder Rhizome sind geeignet. Auch Weizen, Roggen, Gerste oder Reis lassen sich erfindungsgemäß in schonender Weise hydrolysieren. Ganz besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren aber zum Aufschluss von Heilpflanzen, deren Wirkstoffe ohne wesentliche Ausbeuteverluste im erhaltenen Hydrolysat zur therapeutischen oder kosmetischen Anwendung frei verfügbar vorliegen.With the method according to the invention any plant materials can be digested. Both fruits and flowers, leaves or stem parts and subterranean plant parts such as roots or rhizomes are suitable. Wheat, rye, barley or rice can be hydrolyzed in a gentle manner according to the invention. However, the process according to the invention is very particularly suitable for the digestion of medicinal plants whose active ingredients are freely available for therapeutic or cosmetic use without significant losses in yield in the resulting hydrolyzate.
Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, dass sich an das Zermahlen des Pflanzenmaterials das Suspendieren des Mahlgutes in Wasser anschließt. Nach Zugabe eines pH-Puffers wird das suspendierte Mahlgut anschließend für 4 - 6 Stunden auf 35 bis 55°C unter ständigem Rühren erhitzt. Anschließend erfolgt die thermische Inaktivierung der Enzyme, indem man für mindestens 30 Minuten auf wenigstens 90°C erhitzt. Der Ansatz wird filtriert und danach im Vakuum eingeengt. Das so erhaltene Konzentrat kann sprühgetrocknet werden. Nach beendeter Fermentierung werden die unlöslichen Bestandteile abgetrennt, die erhaltene Hydrolyselösung aufkonzentriert, mittels Hitze bei 90°C für mindestens 30 Minuten inaktiviert, sprühgetrocknet und ggf. zur Langzeitstabilisierung durch UV- oder Gammastrahlung stabilisiert.Advantageously, the process according to the invention is carried out in such a way that the comminution of the ground material in water is followed by the comminution of the plant material. After addition of a pH buffer, the suspended millbase is then heated for 4 - 6 hours at 35 to 55 ° C with constant stirring. Subsequently, the thermal inactivation of the enzymes is carried out by heating for at least 30 minutes to at least 90 ° C. The mixture is filtered and then concentrated in vacuo. The concentrate thus obtained can be spray-dried. After completion of the fermentation, the insoluble constituents are separated, the resulting hydrolysis solution concentrated, inactivated by means of heat at 90 ° C. for at least 30 minutes, spray-dried and optionally stabilized for long-term stabilization by UV or gamma radiation.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, das eingesetzt Pflanzenmaterial zu einem Mehl zu vermählen, um so den enzymatischen Aufschluss zu erleichtern.
Das erhaltene Pflanzenhydrolysat kann in vielfältiger Weise in arzneilichen oder kosmetischen Zubereitungen, aber auch als Zusatz zu Nahrungsmitteln eingesetzt werden. BeispielA further advantageous embodiment is to ground the plant material used to a flour, so as to facilitate the enzymatic digestion. The plant hydrolyzate obtained can be used in many ways in medicinal or cosmetic preparations, but also as an additive to foods. example
10 kg Weizenkeimlinge werden fein vermählen und in 100 I kaltem destilliertem Wasser suspendiert. In diesem Zustand gibt man ein Enzymgemisch aus etwa gleichen Anteilen Pankreatin, Papain, Pilzprotease und Bakterienprotease zu und erwärmt unter ständigem Rühren auf etwa 40°C. Man hält eine Stunde die Temperatur konstant und erhöht dann auf etwa 55°C. Wiederum wird 2 Stunden bei dieser Temperatur gerührt und anschließend auf 90°C erhitzt, mit Filtererde versetzt und durch eine Filterpresse geklärt. Die Lösung wird im Vakuum eingeengt, mit Alkohol/Wassergemisch (70/30) versetzt und vom ausfallenden Rückstand getrennt. Nach Abdampfen des Alkohols wird die Lösung sprühgetrocknet.10 kg of wheat seedlings are finely ground and suspended in 100 l of cold distilled water. In this state, an enzyme mixture of approximately equal proportions of pancreatin, papain, fungal protease and bacterial protease is added and heated with constant stirring to about 40 ° C. The temperature is kept constant for one hour and then raised to about 55 ° C. Again, it is stirred for 2 hours at this temperature and then heated to 90 ° C, treated with filter soil and clarified by a filter press. The solution is concentrated in vacuo, mixed with alcohol / water mixture (70/30) and separated from the precipitate. After evaporation of the alcohol, the solution is spray-dried.
Das erfindungsgemäß hergestellte Hydrolysat kann in Bezug auf seine biologische Aktivität standardisiert werden.
The hydrolyzate prepared according to the invention can be standardized in terms of its biological activity.