DE10027915A1

DE10027915A1 - Verfahren zur Gewinnung unterschiedlich angereicherter Enzymgruppen aus gemältem Getreide und deren Applikation bei der Bier- und Nahrungsmittelherstellung

Info

Publication number: DE10027915A1
Application number: DE10027915A
Authority: DE
Inventors: Gerolf Annemueller; Thomas Bauch; Wolfgang Fischer; Juergen Josef Schoeber; Ho Anh Tiep
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2001-12-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von unterschiedlich angereicherten Enzymgruppen aus gemälztem Getreide und deren Einsatz bei der Bier- und Nahrungsmittelherstellung insbesondere als schaumschonendes, beta-glucanasehaltiges Filtrationsenzym zum beta-Glucanabbau in schwerfiltrierbaren Bieren oder als schaumschonendes, amylasereiches Nachverzuckerungsenzym zur Herstellung von hochvergorenen Dry- und Diätbieren bzw. als amylasereiches mit unterschiedlichen Proteaseaktivitäten einstellbares Backenzym. Die wahlweise An- und Abreicherung der einzelnen Enzymgruppen wird durch die Kombination bekannter Crossflow-Membranfiltrationsverfahren und der in der Erfindung formulierten Extraktionsbedingungen (pH-Wert und Temperaturen) oder durch eine nachgeschaltete Elektrodialyse zur Einstellung eines pH-Gradienten zur differenzierten Denaturierung und Gewinnung der gewünschten Enzymgruppen realisiert. DOLLAR A Die Enzymgewinnung kann ohne den Zusatz einer Substanz oder Lösung durchgeführt und die Malzenzymprodukte ausschließlich aus Brauereimaische gewonnen werden, so dass sie in der Brauindustrie ohne Verletzung des deutschen Reinheitsgebotes aus dem Jahre 1516 einsetzbar sind. Durch Variationen in der Wahl der für die Enzymextraktion verwendeten vermälzten Getreidearten und durch den Einsatz ungedarrter Grünmalze sowie durch die Variation der Extraktionsbedingungen kann die spezifische Enzymausbeute erhöht werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von unterschiedlich angereicherten Enzymgruppen aus gemälztem Getreide und deren Einsatz für unterschiedliche Zielsetzungen bei der Bier- und Nahrungsmittelherstellung, insbesondere als schaumschonendes, β-gucanasehaltiges Filtrationsenzym für β-glucanhaltige, schwer filtrierbare Biere oder als schaumschonendes, amylasereiches Nachverzuckerungs enzym zur Herstellung von hochvergorenen Dry- und Diätbieren bzw. als amylasereiches mit unterschiedlichen Proteaseaktivitäten einstellbares Backenzym.

Bereits im Jahre 1992 wurde ein Verfahren zur Gewinnung von Malzenzymprodukten durch Mikrofiltration oder durch Mikrofiltration und ein- bzw. zweistufige Ultrafiltration entwickelt (Annemüller, G.; Manger, H.-J.; Bauch, Th.: DE PS 42 34 392 vom 08.10.92). Jener Verfahrensentwicklung lagen folgende Überlegungen zu Grunde: Bier wird in Deutschland nach dem deutschen Reinheitsgebot nur unter Verwendung von Gersten- oder Weizenmalz, Wasser, Hopfen und Hefe hergestellt. Malz liefert den vergärbaren und unvergärbaren löslichen Extrakt der Bierwürze, wobei die beim Mälzen gebildeten Enzyme, vorwiegend Amylasen, Proteasen und Hemicellulasen einschließlich der β-Glucanasen die hochmolekularen, meist unlöslichen Inhaltsstoffe der Gerste beim Mälzen und dann besonders beim Maischen im Prozess der Würzeherstellung in der Brauerei in lösliche Form überführen. Die beim Mälzen erreichte Auflösung des Malzes und der Gehalt an Enzymen im Darrmalz kann in Abhängigkeit von den jahrgangsbedingten Schwankungen der Gerstenqualität und Fehlern bei der Vermälzung in weiten Grenzen schwanken. Fehler in der Malzqualität verursachen Mängel in der Würze- und Bierqualität und äußern sich vor allem in einer schlechten Filtrierbarkeit der Biere durch einen zu hohen Gehalt an hochmolekularen β-Glucanen, insbesondere dann, wenn sie in Gelform (Wagner, N.: "β-Glucan im Bier und Bedeutung dieser Stoffgruppe für die Bierfiltration", Dissertation - TU Berlin 1990) bzw. als Trübungskomplex mit anderen hochmolekularen Bierinhaltsstoffen vorliegen, oder in einem unzureichendem Stärkeabbau, wobei die hochmolekularen α-Glucane in Würze und Bier ebenfalls die Klärung und Filtrierbarkeit des Bieres entscheidend negativ beeinflussen können (Annemüller, G.: "Ein Beitrag zur Optimierung der Bierwürzequalität", Dissertation B, Humboldt-Universität zu Berlin 1986 und Annemüller, G.: Monatsschrift für Brauwissenschaft 44,1991, S. 64-72). Die Ursachen für Filtrationsprobleme können außer von der Malzqualitiät auch durch eine unzu reichende Malzzerkleinerung, ein zu wenig intensives Maischverfahren und Fehler in der Verfahrensführung verursacht werden. Diese Filtrationsprobleme treten regelmäßig auf (s. Brauwelt 112, 1972, S. 1152) und verursachen schwerwiegende wirtschaftliche Nachteile für die betroffenen Brauereien. Sie können in der deutschen Brauindustrie nur zum Teil unter erheblichen Aufwendungen behoben werden. Während in der ausländischen Brauindustrie bei schwer zu verarbeitenden Rohstoffqualitäten bakterielle und pilzliche Enzympräparate mit definierten amylolytischen, proteolytischen und β-Glucanaseaktivitäten sowohl beim Maischen als auch als Filtra tionsenzym im Prozeß der Gärung und Reifung sehr rationell und wirkungsvoll eingesetzt werden (s. DE-OS 23 52 906 "Verfahren zur Herstellung von Bierwürze unter Verwendung von Enzymen" vom 25.10.72; Bauer, B.: Einsatz von Cellulasepräparaten im Prozess der Bierherstellung und deren Auswirkungen auf die Qualität des Bieres unter besonderer Berücksichtigung der Filtrierbarkeit und der Schaumhaltbarkeit", Dissertation A - Humboldt-Universität zu Berlin, 1990), sind nach dem in Deutschland geltenden Lebensmittelgesetz auf der Grundlage des ältesten noch geltenden Lebensmittelgesetzes der Welt, des deutschen Reinheitsgebotes von 1516, derartige Enzympräparate für die Bierherstellung nicht zugelassen. Mangelhafte Malzqualitäten können Brauereien nur durch ein intensiveres Maischen des cytolytisch nicht ausreichend gelösten Malzes im Temperaturbereich zwischen 35 und 52°C beheben. In diesem Temperaturbereich wirken die Malzenzyme, welche die hochmolekularen und gelbildenden β-Glucane abbauen, die Endo-β-Glucanasen, am besten. Da aber im gleichen Temperaturbereich die proteolytischen Malzenzyme optimal wirken, die besonders die schaumpositiven mittleren Eiweißabbauprodukte weiter abbauen, wird bei einer Intensivierung dieser Maischtemperaturen zwar die Filtrierbarkeit der Biere verbessert, aber ihre Schaumhaltbarkeit nachhaltig und irrepa rabel geschädigt, so dass diese technologische Maßnahme nur sehr begrenzt und mit einem Qualitätsrisiko verbunden anwendbar ist (Narziss, L.: "Die Bierbrauerei 2. Band: Technologie der Würzebereitung", 6. Auflage, F.-Enke-Verlag Stuttgart, 1985). Altbekannt ist die Möglichkeit, nicht ausreichend "verzuckerte", nicht jodnormale Würzen und Biere durch Malzauszüge (Malz-Wasser-Mischungen, geklärt durch Sedimentation) oder Vorderwürzen in der Prozessstufe Gärung und Reifung durch eine Wirkung der α-Amylase des Malzes nach zu verzuckern und so die Klärung und Filtrierbarkeit zu verbessern. Die Nachteile dieser Notmaßnahme sind erhöhte Infektionsgefahren durch die unsterilen Malzauszüge und Vorderwürzen und die Ge fahr einer nachhaltigen Schaumschädigung, da neben der für die Nachverzuckerung notwendigen α-Amylase auch die Proteasen des Malzes in unkontrollierter Menge in das Bier kommen und bis zu einer eventuell vorgenommenen thermischen Inaktivierung (Pasteurisieren) auch im filtrierten Bier wirken können. Um Diabetikerbier in Deutschland nach dem deutschen Reinheitsgebot herstellen zu können, wendet man diese Maßnahme bewusst an, meist unter Verwendung von enzymreichem und weltgelöstem Diätmalz, um die nicht vergärbaren hochmolekularen Stärkeabbau produkte in vergärbare Zucker umwandeln zu können und nimmt eine schlechte Schaumhaltbarkeit bewusst in Kauf (s. Krüger, E. und Anger, H. M: Kennzahlen zur Betriebskontrolle und Qualitätsbeschreibung in der Brauwirtschaft", Behr's Verlag Hamburg 1990; Schöber, J.: "Untersuchungen zur Produktion eines Malzenzympräparates und dessen Applikation bei der Diätbierherstellung", Dissertation TU Berlin, Fachbereich Lebensmittelwissenschaft und Biotechnologie, Berlin 1998). Treten β-Glucanausscheidungen in den Prozessstufen der Gärung und Reifung auf oder liegt der β-Glucangehalt deutlich über 200 mg/l Bier, sind Filtrationsprobleme insbesondere bei der Verwendung von zylindrokonischen Großtanks für die Gärung, Reifung und Lagerung des Bieres unvermeidbar. Als bisher einzige Notmaßnahme wird eine kurzzeitige Erwärmung des Bieres (sog. Cracken) im Durchlauferhitzer auf Temperaturen über 60°C, vorzugsweise 75 bis 80°C, empfohlen und angewendet. Dadurch wird der Vorgang der Gelbildung aus kolloidal gelöstem β-Glucan wieder rückgängig gemacht (Esser, K. D.: Brauwelt 129, 1989, 5, S. 177). Zur vollständigen Lösung von β-Glucangelen sind jedoch Temperaturen von über 80°C notwendig, da es sonst nach der Abkühlung zum Wiederausfallen von β-Glucangel kommt. (Wagner, N.: "β-Glucane im Bier und Bedeutung dieser Stoffgruppe für die Bierfiltration" - Dissertation - TU Berlin 1990). Diese thermische Behandlung unmittelbar vor der Filtration kann zu qualitativen Schäden im Bier führen, besonders wenn das unfiltrierte Bier vor der thermischen Behandlung schon geringe Mengen an Sauerstoff enthält. Weiterhin wird die sich in der Lagerphase des Bieres bereits ausgebildete Kältetrübung vor der Filtration durch die thermische Behandlung aufgelöst und nach dem Abkühlen auf Grund der Kürze der Zeit nicht in dem gewünschten Umfang vor der Filtration zum Zwecke ihrer Abscheidung wieder gebildet. Zusätzliche Aufwendungen zur Erhöhung der kolloidalen Stabilität sind erforderlich.

Bekannt ist auch, dass Malzmehl als amylasereiches Backtriebmittel in Brot- und Brötchenteigen eingesetzt wird. Dabei besteht die große Gefahr, dass in Abhängigkeit vom Rohproteingehalt (Klebergehalt) der Mehle und der schwankende Proteasegehalt dieser Malztriebmittel zur Kleberzerstörung und damit zur Reduzierung der Backfähigkeit durch den Verlust der plastisch-elastischen Eigenschaften des Teiges führt (Täufel, A. et al.: "Lebensmittel-Lexikon A - K", Behr's Verlag Hamburg 1993). Die Zielsetzung der Erfindungsbeschreibung DE PS 42 34 392, mit Hilfe einer mehrstufigen Crossflow Filtration ein β-glucanasereiches Filtrationsenzym oder ein amylasereiches Nachverzuckerungsenzym zu gewinnen, bei deren Applikation eine Filtrierbarkeitsverbesserung der Biere oder eine Nachverzuckerung der gärenden Biere jeweils ohne eine Schaumschädigung erreicht wird, ist in der Praxis nicht wirtschaftlich umzusetzen. Die Ursachen dafür sind, dass erstens die differenzierte Enzymgewinnung durch eine undifferenzierte Deckschichtbildung bei der Crossflow Filtration sehr stark verfälscht wird und eine wirkungsvolle Proteaseabtrennung dadurch nicht ermöglicht sowie die Enzymausbeute reduziert (Bauch, Th.: Dissertation in Vorbereitung, unveröffentlicht, TU Berlin, Fakultät III - Fachgebiet Grundlagen der Gärungs- u. Getränketechnologie, Berlin 2000). Zweitens verursacht auch der noch vorhandene Gehalt an Amylasen in dem β-glucanasereichen Filtrationsenzym neben der evtl. erwünschten Filtrierbarkeitsverbesserung auch eine deutliche Schaumschädigung (Ho Anh Tiep: Dissertation in Vorbereitung, unveröffentlicht, TU Berlin, Fakultät III - Fachgebiet Grundlagen der Gärungs- u. Getränketechnologie, Berlin 2000). Bekannt ist, dass man Proteine und somit auch Enzyme im elektrischen Feld auf Grund ihrer unterschiedlichen isoelektrischen Punkte trennen kann. (Schneider, J.; Krauß, G.- J.; Danew, P.: DE OS 36 26 953 vom 08.08.86). Elektrophoresezellen, in denen dies bewerkstelligt werden kann, sind bereits entwickelt und erhältlich. Für die differenzierte Enzymgewinnung aus Malz besonders ohne Fremdzusätze sind bisher keine Verfahrensvorschläge bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, aus gemälztem Getreide ein Multi enzymkomplex für unspezifische Anwendungen in der Lebensmittelproduktion oder einzelne Enzymgruppen, die weitgehend frei sind von allen weiteren Enzymgruppen, zu gewinnen, so dass diese für unterschiedliche Applikationsfälle, vorzugsweise als schaumschonendes Filtrationsenzym und schaumschonendes Nachverzuckerungs enzym bei der Bierherstellung oder als amylasereiches mit unterschiedlichen Proteaseaktivitäten einstellbares Backenzym eingesetzt werden können. Die Gewinnung der für die Bierherstellung vorgesehenen Enzymprodukte muss entsprechend dem deutschen Reinheitsgebot aus dem Jahre 1516 aus Malz mit Hilfe von Wasser ohne weitere Fremdzusätze erfolgen.

Erfindungsgemäß werden bei der Gewinnung eines schaumschonenden, amylasefreien Filtrationsenzyms mit einer definierten β-Glucanaseaktivität und reduzierten Proteaseaktivität bei der Enzymextraktion aus der Malzmaische ein pH-Wert bereits in dieser Maische vor der Enzymextraktion von kleiner pH 3,7 durch eine biologische Säuerung der Maische oder einen Zusatz von Sauerwürze gemäß des deutschen Reinheitsgebotes oder durch Zusatz lebensmittelrechtlich zugelassener organischer Säuren (im Ausland) eingestellt.

Anstelle der Säuerung der zu extrahierenden Maische kann die pH-Einstellung als pH- Gradient durch ein elektrisches Feld in einer vorzugsweise kontinuierlich zu betreibenden Elektrodialyseanlage mit den gemäß nach PS 4 234 392 gewinnbaren Zwischenprodukten erfolgen, bei denen es sich sowohl um einen Malzextrakt als auch um ein durch ein- oder mehrstufige Crossflow Ultrafiltration konzentriertes Produkt sowie um ein Multimalzenzymkonzentrat handeln kann. Die Einleitung dieser keimfreien Multienzymprodukte in die Dialysekammer erfolgt unten und die Ableitung des gereinigten Filtrationsenzyms muss oben unmittelbar neben der Anode im pH- Bereich um 3,0 erfolgen. Die laminare Strömungsrichtung der zu reinigenden Malzenzymprodukte ist senkrecht zum elektrischen Feld. Die Einstellung des pH- Gradienten wird in dem angelegten elektrischen Feld ohne Zusätze allein durch die Wirkung des elektrischen Feldes auf die in den Malzenzymprodukten enthaltenen Pufferstoffe gewährleistet, so dass ein pH-Gradient zwischen der Anode mit einem pH- Wert von ca. 2,0, vorzugsweise 3,0, und der Katode mit einem pH-Wert von ca. 12,0 vorzugsweise 10,0, entsteht. Dieser pH-Gradient verursacht eine differenzierte Denaturierung der einzelnen Enzymgruppen und damit einen zusätzlichen Trenneffekt. Als Prozessparameter werden für die Elektrodialyse eine Feldstärke im Bereich von 130. . .1600 V/m, eine Stromdichte von 20. . .60 A/m² und eine Verweilzeit des Multienzymsubstrates in der Dialysekammer von 30. . .60 Minuten benötigt. Die Elektrodenräume (Anode und Katode) werden nur mit destilliertem Wasser gefüllt und mit einer Verdünnungsrate von 0,01. . .0,1 min^-1 gespült. Zur Abtrennung der Dialysekammer von den Elektrodenräumen werden Ionenaustauscher- oder Ultrafiltrationsmembranen mit einer nominellen Molekulargewichtstrenngrenze von weniger als 20 kD verwendet.

Zur Herstellung eines schaumschonenden, β-glucanasehaltigen Filtrationsenzyms kann auch zur Extraktion teilweise oder ausschließlich ein enzymstarkes Sauermalz eingesetzt werden, das einen pH-Wert in der zu extrahierenden Maische ohne zusätzliche Säuerung von mindestens pH ≦ 3,0 garantiert.

Die Filtrierbarkeitsverbesserung wird bei β-glucanhaltigen Würzen und Bieren durch eine in Abhängigkeit des vorhandenen β-Glucangehaltes erfolgte Dosage an β- Glucanase gewährleistet. Die Dosage sollte vorzugsweise in die Anstellwürze erfolgen.

Die Gewinnung eines amylasereichen Nachverzuckerungsenzyms mit betonter Grenzdextrinaseaktivität und reduzierter Proteaseaktivität sowie mit vollständiger Inaktivierung der cytolytischen Enzyme zur Verbesserung der Schaumhaltbarkeit der damit hergestellten Dry- und Diätbiere erfolgt so, dass bei einem Diätmaischverfahren parallel ein Teilstrom aus der Maische für Vor- und Mikrofiltration entnommen wird, nachdem die erste Maltosebildungsrast bei 62. . .64°C beendet und die Gesamtmaische auf 50. . .52°C abgekühlt wurde. Die Höhe der Dosage des schaumschonenden, amylasereichen Nachverzuckerungsenzyms zur Herstellung eines Diätbieres mit einem Gehalt an belastenden Kohlenhydraten von weniger als 0,75 g/100 ml bzw. zur Herstellung eines hochvergorenen Drybeeres wird vorzugsweise in Abhängigkeit von der im Nachverzuckerungsenzym ermittelten gesamtamylolytischen Aktivität und in Abhängigkeit von dem im jeweiligen Biertyp angestrebten Endvergärungsgrad als Einfachdosage beim Anstellen nach 24 Stunden Gärdauer oder zur Reifung als auch in mehreren Teildosagen festgelegt.

Zur Gewinnung eines amylasehaltigen Backenzyms ohne cytolytische Neben aktivitäten und in Abhängigkeit von der Mehlqualität mit differenzierten Protease aktivitäten wird das keimfreie Mikrofiltrat oder keimfreie Multienzymkonzentrat wahlweise 20 bis 30 Minuten bei 60 bis 65°C für ein amylolytisches Backenzym mit deutlicher Proteaseaktivität oder bei 72 bis 74°C für ein weitgehendes proteasefreies Backenzym temperiert.

Durch die präzisierten Extraktionsbedingungen und durch die möglichen Variationen in der Wahl der für die Enzymextraktion verwendeten vermätzten Getreidearten sowie durch den Einsatz ungedarrter Grünmalze, insbesonders aus enzymstarken, eiweißreichen Futtergersten, kann die Gesamtenzymausbeuten gegenüber Darrmalz erhöht werden. Dies ermöglicht die Herstellung unterschiedlich zusammengesetzter Multienzympräparate aus gemälztem Getreide für unterschiedliche Applikationsfälle in der Lebensmittelherstellung.

Zum Zwecke der Bevorratung bzw. des Transportes können die erhaltenen gereinigten Malzenzymprodukte durch die bekannten Verfahren der Gefrierlagerung, der Gefriertrocknung und der Vakuumsprühtrocknung weiter aufkonzentriert und für längere Lagerzeiten vor mikrobiellen Veränderungen geschützt werden.

Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren zur Behandlung von Malzenzym produkten wie Malzextrakten bzw. Malzenzymkonzentraten vor, das ermöglicht, aus diesen Produkten bestimmte Enzyme bzw. Enzymgruppen frei von jeglichen Neben aktivitäten zu gewinnen, welche in der Lebensmittelindustrie angewendet werden können. Insbesondere in der Brauindustrie können sie unter Einhaltung des im deutschen Lebensmittelgesetz verankerten deutschen Reinheitsgebotes aus dem Jahre 1516 zur Optimierung der Bierherstellung genutzt werden.

Ausführungsbeispiel 1 Malzenzymextraktion mit Sauerwürze

Bei einer Extraktion im sauren Medium wird die Freisetzung von amylolytischen Enzymen unterbunden. Dazu wurde eine mit Milchsäurekultur angesetzte Würze (Sauerwürze) als Extraktionsmedium benutzt. Der pH-Wert der Sauerwürze lag bei ca. 3,0. Weil diese Würze einen sehr hohen Extraktionsgehalt (mehr als 10%) besitzt, ist es hinsichtlich der weiteren Verarbeitung des Malzextraktes (Mikro- und Ultrafiltration) vorteilhaft, diese Würze zu verdünnen.

Der Einfluss der Verdünnung auf die Maische-pH-Werte sowie die Enzymaktivitäten wurde dabei untersucht, um eine Grenze für die Verdünnung sowie für den optimalen pH-Wert der zu extrahierenden Maische festzustellen, an der eine ausreichende Reduzierung der amylolytischen Aktivitäten und eine ausreichende Ausbeute an β- Glucanase im Enzymextrakt noch gewährleistet wird.

Das Verhältnis Extraktionsflüssigkeit zu Malz betrug 4 : 1 (4 l Extraktionsflüssigkeit zu 1 kg Malz). Die Extraktionsdauer einschließlich der Vorfiltration (Abtrennung der Treber) war ca. 3 Stunden.

Bei den Proben SW0 und SW1 wurde der Malzenzymextrakt nur mit Leitungswasser bzw. reiner Sauerwürze hergestellt. Durch einen steigenden Anteil an Wasser bei den Proben SW2 bis SW4 stieg der pH-Wert in der Sauerwürze und somit auch in der Maische. Die Ergebnisse zeigt die Tabelle 1.

Tabelle 1

Verhältnis Wasser zu Sauergut, Maische-pH-Wert und Veränderung der Enzymaktivitäten in der gewonnenen Extraktlösung

Die Protease- und β-Glucanaseaktivität wurden durch Extraktion mit Sauerwürze reduziert. Mit der steigenden Verdünnung mit Wasser wurden diese Aktivitäten entsprechend erhöht. Die amylolytischen Aktivitäten wurden nur bei den 3 Proben SW1, SW2 und SW3 weitgehend bis zu 99% reduziert. Bei der Probe SW4 waren noch bedeutende Menge der amylolytischen Aktivitäten, insbesondere die β-Amylase und die gesamtamylolytischen Aktivitäten vorhanden. Das bedeutet, dass nach diesem Malz nur eine 1 : 1-Verdünnung der Sauerwürze mit Wasser (Probe E3) am wirtschaftlichsten ist, um eine noch ausreichende Reduzierung der amylolytischen Enzyme bei einer gleichzeitig ausreichenden Erhaltung der β-Glucanaseaktivität zu erzielen.

Weil die Pufferkapazität des Extraktionsmediums sehr unterschiedlich sein kann, ist als Kriterium der pH-Wert der Maische nach der Extraktion zu kontrollieren. Dieser darf einer bestimmten Grenze nicht überschreiten, um die Freisetzung der amylolytischen Aktivitäten ausreichend zu unterbinden. Nach den Ergebnissen der eigenen Untersuchungen beträgt dieser Wert pH ≦ 3,70.

Ausführungsbeispiel 2 Malzenzymextraktion mit Wasser unter Zusatz von Milchsäure

Eine weitere Möglichkeit zur pH-Wert-Senkung in der Maische vor oder bei der Enzymextraktion ist eine direkte Zugabe von Milchsäure zum Einmaischwasser. Dazu wurde eine 90%ige Milchsäure verwendet. Weil die Mischung aus Leitungswasser und Milchsäure in der Regel eine niedrigere Pufferkapazität als Sauerwürze besitzt, muss der pH-Wert des Einmaischwassers in der Regel tiefer als in der Sauerwürze liegen, um den gleichen pH-Wert in der Maische zu erzielen. Zur Festlegung der benötigten Milchsäuremenge wurden verschiedene pH-Werte im Einmaischwasser durch Zusatz unterschiedlicher Mengen Milchsäure eingestellt.

Das Verhältnis Extraktionsflüssigkeit (Einmaischwasser) zu Malz betrug 4 : 1 (4 l zu 1 kg). Die Extraktionsdauer einschließlich der Vorfiltration (Abtrennung der Treber) war ca. 3 Stunden. Ergebnisse siehe Tabelle 2.

Tabelle 2

Milchsäuredosage, Veränderung der pH-Verhältnisse und der Enzymaktivitäten in der Extralösung

Bei der Betrachtung der pH-Werte des Einmaischwassers sowie der Maische und der dazugehörigen Enzymaktivitäten kann festgestellt werden, dass eine pH-Wert-Senkung im Einmaischwasser auf 2,75 bzw. 3,63 in der Maische (Probe MS 2) ausreichend ist, um ein Enzymprodukt zu gewinnen, das fast frei von amylolytischen Aktivitäten ist. Eine wesentliche Reduzierung der β-Glucanaseaktivität wurde dabei nicht festgestellt. Die Proteaseaktivität wurde um ca. 50% reduziert. Eine weitere Erniedrigung des pH- Wertes des Einmaischwassers auf 2,71 hatte auch keine Reduzierung der β- Glucanaseaktivität zur Folge. Eine Erhöhung des pH-Wertes im Einmaischwasser auf über 2,80 würde den pH-Wert in der Maische auf über 3,80 anheben. Dadurch könnte die amylolytischen Aktivitäten wieder stärker werden. Besonders ungünstig ist der Effekt, dass in diesem pH-Wert-Bereich die Menge der freien Grenzdextrinasen im Vergleich zur 0-Probe sogar noch erhöht wird. Die Grenze für den wirtschaftlich günstigsten pH-Wert der Maische ist auch hier pH = 3,70, um die Freisetzung der amylolytischen Aktivitäten mit Sicherheit zu unterbinden.

Ausführungsbeispiel 3 Durchführung der Elektrodialyse mit einem Malzextrakt

Es soll ein β-glucanasehaltiges Malzenzymprodukt hergestellt werden, das frei von den schaumschädigend wirkenden amylolytischen und proteolytischen Enzymen ist. Die Elektrodenräume wurden von der Dialysekammer durch eine Anionenaustauscher membrane (Anode) und eine Kationenaustauschermembrane (Kathode) getrennt. Als Substrat diente Malzextrakt mit einem pH-Wert von 6,5. Die angelegte Spannung war 50 V, die Feldstärke war somit ca. 333 V/m. Der zu behandelnde Malzextrakt wies eine β-Glucanaseaktivität von 21,4 E/l auf. Nach Anlegen einer Gleichspannung von 50 V stellte sich im kontinuierlichen Betrieb und bei einer durch den geregelten Zu- und Abfluss festgelegten Verweilzeit von 170 min ein Stromfluss von 0,11. . .0,12 A ein. Der pH-Gradient reichte, kontrolliert an den 4 Abläufen pH1 (unmittelbar neben dem Anodenraum) bis pH4 (unmittelbar neben dem Katodenraum) von ca. 3,3 bis ca. 9,0. An dem Ablauf pH1 wurde ein amylasefreies, proteasereduziertes Filtrationsenzymprodukt mit einer β-Glucanaseaktivität von 18,2 E/l) gewonnen. Den pH-Gradientenverlauf zeigt Tabelle 3.

Tabelle 3

Verlauf des pH-Gradienten an den 4 Abläufen pH1 bis pH4 und im Anoden- und Katodenraum

Ausführungsbeispiel 4 Anwendungsbeispiele für die zu dosierende gesamtamylotytische und Gesamtgrenzdextrinaseaktivität mit dem Nachverzuckerungsenzym zur Herstellung von Diät- und Drybeeren

Zur Herstellung eines Diätbieres mit einem Gehalt an belastenden Kohlenhydraten von weniger als 0,75 g/100 ml werden folgende zu dosierende Enzymaktivitäten des Nachverzuckerungsenzyms benötigt:

Diätvollbierherstellung (P11) und Diätschankbier (P10)

V_sendub < 88%	erforderliche gesamtamyloiytische Aktivität: 21 000 E_GAA/l_AW
erforderliche Gesamtgrenzdextrinase: 0,8 E_GGD/l_AW

Diätvollbierherstellung (P11)

V_sendub = 88. . .92%	erforderliche gesamtamylolytische Aktivität: 13 000 E_GAA/l_AW
erforderliche Gesamtgrenzdextrinase: 0,8 E_GGD/l_AW

Diätschankbierherstellung (P7/P8)

V_sendub = 88. . .93%	erforderliche gesamtamylolytische Aktivität: 3 500 E_GAA/l_AW
erforderliche Gesamtgrenzdextrinase: 0,1 E_GGD/l_AW

Für die Herstellung eines Drybeeres (P9/P10) wird folgende zu dosierende Aktivitäten empfohlen:

Drybeerherstellunp (P9/10)

V_sendub = 88. . .92%	erforderliche gesamtamylolytische Aktivität: ca. 10 000 E_GAA/l_AW
erforderliche Gesamtgrenzdextrinase: 0,8 E_GGD/l_AW

Verwendete Abkürzungen:
V_sendub scheinbarer Endvergärungsgrad des Bieres ohne Enzymdosage
E_GAA/l_AW Einheiten Gesamtamylolytische Aktivität je Liter Anstellwürze
P... Biersteuerklassen

Ausführungsbeispiel 5 Herstellung eines Backenzyms

Zielstellung: Thermische Inaktivierung der Hemicellulasen bzw. Teilinaktivierung der Proteinase bei weitgehender Beibehaltung der α-Amylaseaktivität.

Versuchdurchführung: Probe 1 wurde 5 min auf 60°C erwärmt und anschließend bei 60°C 30 min temperiert. Probe 2 wurde 5 min auf 70°C erwärmt und anschließend bei 70°C 30 min temperiert. Beide Proben wurden unter fließendem Wasser abgekühlt und anschließend bei 0°C gelagert.

Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 zusammengefasst. Eine β-Glucanaseaktivität war bei beiden behandelten Proben nicht mehr nachweisbar.

Tabelle 4

Enzymaktivitäten unterschiedlich behandelter Backenzyme, hergestellt aus einem Multienzym-Mikrofiltrat aus Darrmalz

Claims

1. Verfahren zur Gewinnung für unterschiedliche Applikationszwecke angereicherte Enzymgruppen aus gemälztem Getreide, bei dem unter Ausnutzung bekannter Verfahren der Malzextraktion und der stufenweisen Filtration ein keimfreies Mikro filtrat parallel zum Brauprozess ohne zusätzliches Malz gewonnen und die Mikrofil trate mit bekannten Verfahren zu Enzymkonzentraten aufkonzentriert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die differenzierte Anreicherung einzelner Enzymgruppen für unterschiedliche Applikationsfälle und die Erhöhung der Gesamtenzymausbeute bei der Enzymextraktion aus gemälztem Getreide durch die Auswahl unterschiedlich gemälzter Getreide, eine spezielle Behandlung bei der Enzymextraktion, bzw. der Mikrofiltrate oder Enzymkonzentrate bei der durchgeführten Aufkonzentrierung der Mikrofiltrate durch die Einstellung unterschiedlicher pH-Verhältnisse bei der Malzextraktion, durch die Einstellung eines pH-Gradienten im keimfreien Mikrofiltrat oder im keimfreien Multienzymkonzentrat mit Hilfe eines elektrischen Feldes in einer Elektrodialyse und bzw. oder durch unterschiedliche Temperaturbehandlungen vor, während oder nach der Aufkonzentrierung der keimfreien Mikrofiltrate so erreicht wird, dass die spezifisch angereicherten Enzymprodukte als schaumschonendes Filtrationsenzym, als schaumschonendes, amylasereiches Nachverzuckerungsenzym, als amylasereiches mit unterschiedlichen Proteaseaktivitäten einstellbares Backenzym oder als pflanzliches Multienzymkonzentrat für unterschiedliche Anwendungsfälle in der Lebensmittelherstellung eingesetzt werden können.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Gesamtenzymausbeute die Enzymextraktion des gemälzten Getreides mit einer hohen Maischekonzentration in einem Verhältnis von dt gemälztes, geschrotetes Getreide zu hl Wasser von 1 : 2 bis 1 : 2,5, mit einer Extraktionsrast von maximal 30 Minuten, normal 20 bis 30 Minuten, und im Temperaturbereich von 30 bis maximal 40°C erfolgt und das daraus gewonnene Mikrofiltrat für die weitere Auftrennung oder nach einer Konzentrierung ohne spezielle Anreicherung einzelner Enzymgruppen als Multienzymkonzentrat verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Gesamtenzymausbeute bei der Enzymextraktion ein gemälztes Getreide ohne Trocknung oder Darren, vorzugsweise Gerstengrünmalz, direkt nach dem Weichen und Keimen im gequetschten Zustand für die Enzymextraktion eingesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Gesamtenzymausbeute gemälzte enzymstarke, eiweißreiche Futtergersten, gemälzte Triticale oder andere enzymstarke gemälzte Getreidesorten mit oder ohne Trocknung oder Darren für die Enzymextraktion nach einer entsprechenden Zerkleinerung einsetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Extraktion und Filtration zur Gewinnung eines schaumschonenden, β-glucanasehaltigen Filtrationsenzyms für die Brauindustrie in der zu extrahierenden enzymreichen Maische ein pH-Wert kleiner pH 3,7 durch eine biologische Säuerung der Maische, durch den Zusatz von Sauerwürze oder durch den Zusatz lebensmittelrechtlich zugelassener organischer Säuren eingestellt wird, um ein amylasefreies und proteasereduziertes Filtrationsenzym zu erhalten.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entfernung der Amylasen und Reduzierung der Proteasen für die Gewinnung eines schaumschonenden, β-glucanasehaltigen Filtrationsenzyms eine Elektrodialyse mit keimfreien Mikrofiltraten oder keimfreien Multienzymkonzentraten ohne Zusätze so erfolgt, dass die Einleitung des ungereinigten Multienzymproduktes in die Dialysekammer unten und die Ableitung des gereinigten Filtrationsenzyms oben unmittelbar neben der Anode im pH-Bereich um 3,0 erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodialyse mit den Prozessparametern Feldstärke im Bereich von 130. . .1600 V/m, Stromdichte 20. . .60 A/m² und der Verweilzeit des Multienzymsubstrates in der Dialysekammer von 30. . .60 Minuten durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Elektrodialyse die Elektrodenräume (Anode und Katode) nur mit destilliertem Wasser gefüllt und mit einer Verdünnungsrate von 0,01 bis 0,1 min^-1 mit destilliertem Wasser gespült werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Elektrodialyse die Elektrodenräume von der Dialysekammer durch Ionenaustauscher- oder Ultrafiltrationsmembranen getrennt werden und die Dialysekammer in ihrer vertikalen und horizontalen Ausdehnung ein ausgewogenes Verhältnis von 1 : 2 bis 2 : 1 zu einander besitzt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosage des β- glucanasehaltigen Filtrationsenzyms zum vollkommenen Abbau des β-Glucans während der Gärung und Reifung durch den Zusatz zur angestellten Würze nach der Berechnungsformel benötigte β-Glucanasedosage in Einheiten/Liter
= 0,0002.β-Glucangehalt der Würze (in mg/l)-0,0096
erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewinnung eines amylasereichen Nachverzuckerungsenzyms mit betonter Grenzdextrinaseaktivität und reduzierter Proteaseaktivität sowie mit vollständiger Inaktivierung der cytolytischen Enzyme so erfolgt, dass bei einem Diätmaischverfahren parallel ein Teilstrom aus der Maische für die Mikrofiltration entnommen wird, nachdem die erste Maltosebildungsrast bei 62 bis 64°C beendet und die Gesamtmaische auf 50 bis 52°C abgekühlt wurde.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu dosierende Enzymmenge des schaumschonenden, amylasereichen Nachverzuckerungsenzyms zur Herstellung eines Diätbieres mit einem Gehalt an belastenden Kohlenhydraten von weniger als 0,75 g/100 ml bzw. zur Herstellung eines hochvergorenen Drybeeres, in Abhängigkeit von der im Enzympräparat ermittelten gesamtamylolytischen Aktivität und in Abhängigkeit von dem in jeweiligen Biertyp angestrebten Endvergärungsgrad sowohl als Einfachdosage beim Anstellen nach 24 h Gärdauer oder zur Reifung als auch in mehreren Teildosagen festgelegt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für ein amylasehaltiges Backenzym ohne cytolytische Nebenaktivitäten in Abhängigkeit von der Mehlqualität differenzierte Proteaseaktivitäten so einstellbar sind, dass das keimfreie Mikrofiltrat oder keimfreie Multienzymkonzentrat wahlweise 20 bis 30 Minuten temperiert werden bei 60 bis 65°C für ein amylolytisches Backenzym mit deutlicher Proteaseaktivität oder bei 72 bis 74°C für ein weitgehendes proteasefreies Backenzym.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines schaumschonenden, β-glucanasehaltigen Filtrationsenzyms zur Extraktion teilweise oder ausschließlich ein enzymstarkes Sauermalz eingesetzt wird, das einen pH- Wert in der zu extrahierenden Maische von mindestens p ≦ 3,0 garantiert.