NL8600937A - Werkwijze voor het vervaardigen en toepassen van beta-grensdextrine bevattende zetmeelhydrolysaten. - Google Patents

Description

»v* * VO 8160 Uitvinders :-Frederik Simon Kaper -Jan Aten -Meindert Aisso Reinders -Pieter Dijkstra ____________________

Titeli Werkwijze voor het vervaardigen en toepassen van _bèta-grensdextrine bevattende zetmeelhydrolysaten.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van bèta-grensdextrine bevattende zetmeel-producten, alsmede op de toepassing van de vervaardigde producten in levensmiddelen en farmaca.

5 Bij de depolymerisatie van opgelost zetmeel met bèta- amylase worden 1,4-glucosidische bindingen verbroken vanuit de niet-reducerende eindgroepen van de zetmeelmoleculen, waarbij telkens maltose wordt afgesplitst. Bij het naderen van een vertakkingspunt (1,,6-glucosidische binding) of van 10 een gemodificeerde glucose-eenheid (bijvoorbeeld gefosfory-leerd of geoxydeerd) wordt de hydrolyse door de bèta-amylase beëindigd. Bij amylopectine zal dit doorgaans het geval zijn bij een 1,6-glucosidische binding (vertakkingspunt) zodat een vrijwel van zijn zijketens ontdaan amylopectinemolecuul 15 resteert. Dergelijke moleculen en de hydrolyseproducten hiervan met een gemiddelde polymerisatiegraad groter dan 100 worden hierna aangeduid met de term bèta-grensdextrine. Amylose bestaat uit onvertakte en/of weinig vertakte ketens en wordt in moleculair opgeloste vorm door bèta-amylase 20 nagenoeg geheel omgezet in maltose. Door de inwerking van bèta-amylase op zetmeel wordt aldus een zetmeelhydrolysaat verkregen dat voor 40-80 gewichtsprocent uit bèta-grensdextrine en voor 20-60 gewichtsprocent uit maltose bestaat.

Reeds in 1814 werd door Kirchhoff een proces beschreven 25 waarbij verstijfseld aardappelzetmeel werd behandeld met mout (bevat o.a. bèta-amylase). Hierbij werd een mengsel van maltose en bèta-grensdextrine verkregen. Daarna zijn in vele publicaties overeenkomstige werkwijzen beschreven.

Tot nu toe is er echter geen belangrijke industriële productie · * .

* -2- van bèta-grensdextrine bevattende zetmeelhydrolysaten tot stand gekomen.

Onderhavige uitvinding heeft als doel een verbeterde werkwijze te verschaffen voor de vervaardiging van bèta-5 grensdextrine bevattende zetmeelhydrolysaten. Een ander doel van onderhavige uitvinding is te voorzien .in een werkwijze voor het toepassen van bèta-grensdextrine bevattende zetmeelhydrolysaten in levensmiddelen en farmaca.

De werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk 10 dat men geheel of gedeeltelijk verstijfseld zetmeel eerst behandelt met een gezuiverde bëta-amylase tot een DE (Dextrose-Equivalent) van 10-30 is bereikt, waarna men het verkregen product voor zover nog nodig volledig verstijfselt en de oplossing kortstondig behandelt met alfa-amylase 15 zodanig dat de DE van het zetmeelhydrolysaat door de behandeling met alfa-amylase met niet meer dan 3 DE-eenheden toeneemt.

Tussen de verschillende commerciële zetmeelsoorten bestaan aanzienlijke verschillen in samenstelling en eigen-20 schappen. Dit is beschreven door J.J.M. Swinkels in Starch/ Starke, 37 (1985), Nr. 1, p. 1-5. In principe kunnen alle zetmeelsoorten toegepast worden voor de werkwijze volgens de uitvinding. De meest geschikte zetmeelsoorten zijn echter aardappelzetmeel, tapiocazetmeel en de waxy zetmelen (bij-25 voorbeeld waxy maïszetmeel).

Voor de inwerking van bèta-amylase op de zetmeel-moleculen moeten de zetmeelkorrels eerst geheel of gedeeltelijk verstijfseld worden. Bij een uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt een waterige zetmeelsuspensie verhit totdat 30 viscositeitsstijging door begin van verstijfseling optreedt. Men laat de bèta-amylase inwerken op de suspensie van gezwollen zetmeelkorrels onder zodanige omstandigheden (tijd, temperatuur) dat de korrelvorm van het zetmeel grotendeels behouden blijft. Tijdens de hydrolyse gaat een gedeelte & \ -3- van de zetmeelmoleculen (met name de amylosemoléculen) vanuit de gezwollen korrels in oplossing en. worden daar door de bèta-amylase afgebroken tot in hoofdzaak maltose.

Bij een andere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens 5 <3e uitvinding wordt het zetmeel eerst in water volledig ver-stijfseld, waarbij de korrelstructuur totaal verloren gaat.

Dit kan bijvoorbeeld gebeuren met behulp van een stoom-injectieapparaat (zgn. jet-cooker) bij 100-20Q°C. Na afkoeling van de verkregen zetmeeloplossing tot bijvoorbeeld 10 80-5Q°C wordt bèta-amylase toegevoegd.

De zetmeelconcentratie voor de hydrolyse met bèta-amylase bedraagt bij voorkeur 10-40 gewichtsprocent. De toegepaste bèta-amylase-preparaten moeten gezuiverd zijn zodat met name alfa-amylase-activiteit en glucoamylase-15 activiteit nagenoeg afwezig zijn. Voorbeelden van geschikte preparaten zijn bèta-amylase-preparaten die uit soja geïsoleerd zijn en uit bepaalde bacteriën geïsoleerde bèta-amylase-preparaten. Men laat de bèta-amylase op het zetmeel inwerken bij een temperatuur van bij voorkeur 55-70°C. De hydrolyse 20 wordt voortgezet tot een DE van 5-30 en bij voorkeur tot een DE van 10-25 is bereikt. Na dè hydrolyse met bèta-amylase worden de zetmeelkorrels zonodig (in het geval de hydrolyse met gezwollen korrels werd uitgevoerd) volledig verstijfseld bijvoorbeeld met behulp van een jet-cooker. In plaats van 25 bèta-amylase kan men ook andere exo-amylasen toepassen zoals glucoamylase en fosforylase en die welke geïsoleerd zijn uit de bacteriën Pseudomonas stutzeri en Aerobacter aerogenes.

De na de behandeling met bèta-amylase verkregen zetmeelhydrolysaatoplossing wordt vervolgens kortstondig 30 behandeld met een alfa-amylase-preparaat. Hierdoor wordt de viscositeit van de oplossing aanmerkelijk verlaagd. Bij voorkeur is de behandelingsduur ongeveer 1-15 minuten.

De mate van inwerking van de alfa-amylase is bepalend voor de polymerisatiegraad van de verkregen bèta-grensdextrine.

/ V' -4-

De behandeling met alfa-amylase wordt zodanig uitgevoerd dat de DE-waarde van het hydrolysaat tengevolge van de inwerking van de alfa-amylase met niet meer dan 3 DE-eenheden en bij voorkeur met niet meer dan 2 DE-eenheden toeneemt. Vervol-5 gens wordt de hydrolyse door alfa-amylase gestopt door het enzym te inactiveren (door pH-verlaging of verhitting).

Na het afstoppen van de alfa-amylase kan de verkregen oplossing, bijvoorbeeld door sproeidrogen, omgezet worden in een gedroogd zetmeelhydrolysaat met een DE van bijvoor-10 beeld 5-30, dat als zodanig toegepast kan worden.

In een andere uitvoeringvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt, na het afstoppen van de alfa-ramylase, opnieuw bèta-amylase aan het hydrolysaat toegevoegd. Door de inwerking van de bèta-amylase stijgt 15 het maltosegehalte verder, waardoor de DE van'het hydrolysaat stijgt tot een DE van bijvoorbeeld 30-45. Ook bij deze tweede inwerkingsperiode wordt bij voorkeur gezuiverde bèta-amylase toegepast bij een temperatuur van 55-70°C.

Het hierna verkregen hydrolysaat kan bijvoorbeeld door 20 filtratie gezuiverd worden. De verkregen oplossing kan, bijvoorbeeld door sproeidrogen, omgezet worden in een gedroogd zetmeelhydrolysaat dat voor 30-50 gewichtsprocent uit bèta-grensdextrine en voor 50-70 gewichtsprocent uit maltose bestaat. Door de aanwezigheid van de hoogmole-25 culaire bèta-grensdextrinen is het sproeidrogen goed uitvoerbaar, ondanks de aanwezigheid van een hoog gewichtsper-centage aan maltose. Het is echter ook mogelijk om de verkregen oplossing door middel van ultrafiltratie, actieve kool, ionenwisselaars, organische oplosmiddelen 30 of dialyse om te zetten in enerzijds een product dat in hoofdzaak uit bèta-grensdextrine bestaat en anderzijds een product dat nagenoeg uitsluitend uit maltose bestaat.

In een verdere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding laat men, na het afstoppen van 35 de alfa-amylase, in de oplossing een neerslag ontstaan -5- dat voor een groot gedeelte (meer dan 50 gewichtsprocent) uit amylose bestaat. De neerslagvorming wordt nog bevorderd door verlaging van de temperatuur van de oplossing. Het neerslag kan uit de oplossing afgescheiden worden bijvoorbeeld door fil-5 treren, decanteren of centrifugeren. Het verkregen amyloserij-ke materiaal is geschikt als vul- en bindmiddel in tabletten en als gelatinevervanger in zoetwaren en capsules. Het amylose-materiaal kan ook toegepast worden in verpakkingsmaterialen (amylosefilm), als coating op vruchten, levensmiddelen en far-10 maca, in noodles en andere deegwaren, als sterkmiddel voor glasvezels en andere vezels, als complexvormer voor diverse stoffen en als geleermiddel in levensmiddelen, farmaca en cosmetica. Verder is het verkregen amyloserijke materiaal geschikt als component in tabletten, capsules e.d. voox de gecontroleer-15 de afgifte (sustained release) van actieve stoffen- De reste-rende vloeistoffase bestaat uit een oplossing van bèta-grens-dextrine en maltose en kan als zodanig worden gedroogd. Het is echter ook mogelijk om door ultrafiltratie etc. uit de oplossing de afzonderlijke componenten nml. bèta-grensdextrine en 20 maltose apart te isoleren.

Het hiervoor beschreven mengsel van bèta-grensdextrine en maltose alsmede de daaruit geïsoleerde bèta-grensdextrine-fractie kunnen in diverse levensmiddelen en farmaceutische producten toegepast worden. In dit verband kunnen genoemd wor-25 den: zoetwaren met gomstructuur (wine-gums, drop e.d.), geëx-trudeerde zoetwaren, frisdranken (stabilisator), bakkerijpro-ducten (cake e.d.), visceuze zuivelproducten (puddings en vla's), coatings, diepvriesproducten en tabletten. Bèta-grens-dextrinen kunnen ook toegepast worden als drager van gedroogde 30 vloeistoffen zoals vruchtensappen, soepen, sauzen, melkdranken etc.. Bij de toepassing in zoetwaren vervult het mengsel bèta-grensdextrine met maltose zowel de functie van bindmiddel (bèta-grensdextrine) als van zoetmiddel (maltose).

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de 35 volgende voorbeelden.

-6- J Λ»/ VOORDBEELD 1

Aan. een suspensie van aardappelzetmeel in water (20 gewichtsprocent droge stof) werd 0,3% (gewichtsprocent op droge stof) van een uit soja geïsoleerd en gezuiverd 5 bèta-amylase-preparaat toegevoegd. Vervolgens werd de geroerde suspensie verhit tot 60°C. Daarna werd de suspensie gedurende 4 uur langzaam, verwarmd tot 65°C. Gedurende deze tijd bleef de korrelvorm behouden en steeg de DE van het mengsel tot 18. Vervolgens werd de suspensie naar een 10 jet-cooker gepompt, waarin de suspensie met stoom bij 140°C werd verstijfseld. Na afkoeling tot 80°C werd 0,1% (gewichtsprocent op droge stof) van een alfa-amylase-prepazaat (geïsoleerd uit Bacillus subtilis) aan de oplossing toegevoegd. Na een inwerkingstijd 15 van de alfa-amylase van 5 minuten werd de reactie ) afgestopt door verlaging van de pH tot 2,5. De DE bedroeg toen 19. Vervolgens werd het hydrolysaat geneutraliseerd met soda tot een pH van 4,8. Daarna werd 0,1% (gewichtsprocent op droge stof) van bovengenoemd bèta-20 amylase-preparaat toegevoegd, dat men gedurende 3 uur bij 65°C liet inwerken. Hierbij werd een DE van 40 verkregen. Tenslotte werd het hydrolysaat gefiltreerd en gesproeidroogd. Het verkregen product bestond uit een mengsel van 44 gewichtsprocent (op droge stof) 25 bèta-grensdextrine, 54,5 gewichtsprocent maltose en 1,5 gewichtsprocent maltotriose.

VOORBEELD 2

Een aardappelzetmeelsuspensie (20 gewichtsprocent droge stof; pH 6,0) werd in een jet-cooker verstijfseld 30 bij 155°C. Na afkoeling tot 65°C werd 0,1 % (gewichtsprocent op droge stof) van een uit soja geïsoleerd bèta-amylase-preparaat aan de zetmeeloplossing toegevoegd. Men liet de bèta-amylase gedurende 2 uur bij 65°G inwerken, waarbij een DE van 23 werd bereikt. Vervolgens werd 35 het hydrolysaat verwarmd tot 100°C, waarna 0,05 % -7- (gewichtsprocent op droge stof) van een alfa-amylase-preparaat (geïsoleerd uit Bacillus licheniformis) werd toegevoegd. Na een inwerkingstijd van 3 minuten werd de alfa-amylase geïnactiveerd door verlaging 5 van de pH tot 2,5. De DE van het hydrolysaat bedroeg toen 24. Vervolgens werd de pH met soda op 4,8 gebracht, waarna 0,1 % (gewichtsprocent op droge stof) van bovengenoemd bèta-amylase-preparaat werd toegevoegd. Men liet de bèta-amylase bij €3° C gedurende 3 uur inwerken, waarbij 10 een DE van 32 werd bereikt. Tenslotte werd de' oplossing gefiltreerd en gesproeidroogd. Het gedroogde zetmeel-hydrolysaat bevatte 49 gewichtsprocent (op-droge stof) bèta-grensdextrine, 50 gewichtsprocent maltose en 1 gewichtsprocent maltotriose-15 VOORBEELD 3

Een suspensie van waxy-maiszetmeel in water (23 gewichtsdelen droge stof; pH 6,7) werd in een o o jet-cooker verhit tot 160 C. Na afkoelen tot 65 C en pH-instelling tot 5,8 werd 0,075 % (gewichtsprocent 20 op droge stof zetmeel) van een uit soja geïsoleerd bèta-amylase-preparaat aan de verkregen zetmeeloplossing toegevoegd. Na een inwerktijd van 2 uur bedroeg de DE 20. De bèta-amylase werd vervolgens gelnaktiveerd door de pH tot 2,7 te verlagen. Na pH-instelling tot 25 4,8 werd bij 50° C 0,004 % (gewichtsprocent op droog zetmeel) alfa-amylase (Optiamyl L 480) gedoseerd.

Na 30 minuten bedroeg de DE 22 en werd de alfa-amylase afgestopt door de pH op 2,7 te brengen. Na separatie van de onoplosbare bestanddelen ontstond een heldere 30 stabiele oplossing. Op de droge stof berekend bevatte het eindproduct 34 gewichtsprocent maltose en 66 gewichtsprocent bèta-grensdextrine.

VOORBEELD 4

Een aardappelzetmeelsuspensie (22 gewichtsprocent 35 droge stof; pH 5,5) werd met behulp van een jet-cooker -8- bij 160° C omgezet in. een zetmeeloplossing. Na afkoeling tot 70° C werd 0,1 % (gewichtsprocent op droge stof) van een uit soja geïsoleerd bèta-amylase-preparaat toegevoegd.

Men liet de bèta-amylase gedurende 1,5 uur bij 65° 5 C inwerken, waarbij een DE van 17 werd bereikt. Na inactivering van de bèta-amylase en afkoeling tot 5Q° C liet men 0,05 ’% (gewichtsprocent op droge stof) alfa-amylase gedurende 10 minuten op de massa inwerken, waarbij een DE van 18 werd bereikt. Vervolgens werd 10 de alfa-amylase geïnactiveerd door verlaging van de pS tot 2,5. Daarna liet men het hydrolysaat gedurende 18 uur bij 40° C staan. Hierbij vormde zich een neerslag dat voor 89 gewichtsprocent uit amylose bestond. Door filtratie werd het' amyloseneerslag uit de oplossing afgeschei-15 den. Het gedroogde neerslag omvatte 20 % van het gewicht van het uitgangsmateriaal aan aardappelzetmeel (op droge stof basis). Het filtraat was helder en bestond voor 50 gewichtsprocent (op droge stof en berekend op het aardappelzetmeel) uit bèta-grensdex trine en 20 voor 30 gewichtsprocent (op droge stof en berekend op het aardappelzetmeel) uit maltose. Door ultrafiltratie werd het filtraat gesplitst in enerzijds een fractie die rijk is aan bèta-grensdextrine en anderzijds een fractie die rijk is aan maltose.

25 VOORBEELD 5

In dit voorbeeld wordt de toepassing beschreven van het gesproeidroogde product, verkregen volgens voorbeeld 1, als gecombineerd bindmiddel (bèta-grensdextrine-component) en zoetmiddel (maltosecomponent) bij de 30 vervaardiging van gomachtigde zoetwaren (heldere wine-gums).

In een stoomverwarmde aanmaakkuip met snelroerder werden bij 70-80° C 70,5 gewichtsdelen van het gesproeidroog- ƒ —m* -9- de mengsel van bèta-grensdextrine en maltose (verkregen volgens voorbeeld 1) en 28,5 gewichtsdelen water homogeen met elkaar vermengd. Het gemengde product werd vervolgens bij 130° C door een jet-cooker gevoerd. Aan de verkregen 5 oplossing werden daarna 1 gewichtsdeel citroenzuur en tevens kleur- en smaakstoffen toegevoegd. Vervolgens werd de oplossing bij 70° C in vormen gegoten en gedurende 24 uur bij 60° C gedroogd. De eindproducten hadden een goede gomachtigde structuur (inzake elasticiteit en kauw-10 baarheid) en de gewenste helderheid.

VOORBEELD 6 • Er werd een mengsel aangemaakt van 83,3 gewichtsdelen van de combinatie van bèta-grensdextrine en maltose (verkregen volgens voorbeeld 2)? 1 gewichtsdeel salmiak; 0,06 ge-15 wichtsdelen anijsolie; 0,48 gewichtsdelen caramel; 0,13 gewichtsdelen glycerolmonostearaat en 7,3 gewichtsdelen water. Dit mengsel werd continu aan een extruder toegevoerd en bij 75-100° C geëxtrudeerd (Brabender-extruder). Na afkoelen werd een elastisch dropproduct met een goede 20 gomstructuur verkregen.

Claims (9)

1. Werkwijze voor het vervaardigen van bèta-grensdextri-nen. bevattende zetmeelproductenm e t h e t ken.rn.er k, dat men geheel of gedeeltelijk verstijfseld zetmeel eerst behandelt met bèta-amylase tot een DE van 5 5-30: is bereikt, waarna men het verkregen product voor zover nog nodig volledig verstijfselt en de verkregen oplossing kortstondig behandelt met alfa-amylase zodanig dat de DE van het zetmeelhydrolysaat tengevolge van de behandeling met alfa-amylase met niet meer dan 3 eenheden 10 toeneemt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de inwerking van bèta-amylase geschiedt op een zetmeelsuspensie van gezwollen zetmeelkorrels.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het 15. e n m e r k, dat de inwerking van bèta-amylase geschiedt op een zetmeeloplossing waarin het zetmeel de korrelvorm verloren heeft.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat men het hydrolysaat na de inwerking 20 van de alfa-amylase droogt.

5. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat men na de hydrolyse met alfa-amylase nogmaals bèta-amylase op het hydrolysaat laat inwerken totdat een DE van 25 tot 45 is bereikt.

6. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t h et kenmerk, dat men na de hydrolyse met alfa-amylase in de verkregen oplossing een amyloserijk neerslag laat ontstaan en het ontstane neerslag vervolgens separeert. n -11-

7. Werkwijze volgens de conclusies 1 t/m 6, met het kenmerk, dat men de verkregen oplossing van bèta-grensdextrine en maltose droogt.

8. Werkwijze voor het vervaardigen van gomachtige 5 zoetwaren, met het kenmerk, dat men daarin een volgens de conclusies 1 t/m 7 verkregen bèta-grensdex-trine bevattend zetmeelproduct toepast.

9. Gomachtige zoetwaren vervaardigd onder toepassing van de werkwijze volgens conclusie 8.