DE10027915A1 - Verfahren zur Gewinnung unterschiedlich angereicherter Enzymgruppen aus gemältem Getreide und deren Applikation bei der Bier- und Nahrungsmittelherstellung - Google Patents
Verfahren zur Gewinnung unterschiedlich angereicherter Enzymgruppen aus gemältem Getreide und deren Applikation bei der Bier- und NahrungsmittelherstellungInfo
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- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
- B01D61/147—Microfiltration
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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.
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.
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.
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.
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.
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.
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:
Vsendub < 88% | erforderliche gesamtamyloiytische Aktivität: 21 000 EGAA/lAW |
erforderliche Gesamtgrenzdextrinase: 0,8 EGGD/lAW |
Vsendub = 88. . .92% | erforderliche gesamtamylolytische Aktivität: 13 000 EGAA/lAW |
erforderliche Gesamtgrenzdextrinase: 0,8 EGGD/lAW |
Vsendub = 88. . .93% | erforderliche gesamtamylolytische Aktivität: 3 500 EGAA/lAW |
erforderliche Gesamtgrenzdextrinase: 0,1 EGGD/lAW |
Für die Herstellung eines Drybeeres (P9/P10) wird folgende zu dosierende Aktivitäten
empfohlen:
Vsendub = 88. . .92% | erforderliche gesamtamylolytische Aktivität: ca. 10 000 EGAA/lAW |
erforderliche Gesamtgrenzdextrinase: 0,8 EGGD/lAW |
Verwendete Abkürzungen:
Vsendub scheinbarer Endvergärungsgrad des Bieres ohne Enzymdosage
EGAA/lAW Einheiten Gesamtamylolytische Aktivität je Liter Anstellwürze
P... Biersteuerklassen
Vsendub scheinbarer Endvergärungsgrad des Bieres ohne Enzymdosage
EGAA/lAW Einheiten Gesamtamylolytische Aktivität je Liter Anstellwürze
P... Biersteuerklassen
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.
Claims (14)
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.
= 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.
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DE10027915A DE10027915A1 (de) | 2000-05-31 | 2000-05-31 | Verfahren zur Gewinnung unterschiedlich angereicherter Enzymgruppen aus gemältem Getreide und deren Applikation bei der Bier- und Nahrungsmittelherstellung |
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