DD296413A5 - Verfahren zur verarbeitung von leguminosenmaischen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anwendung eines spezifischen Enzymkomplexes zur Verarbeitung von Leguminosenmaischen. Es bestand die Aufgabe, mit Hilfe eines einzigen Enzymkomplexes die Viskositaet von Leguminosenmaischen zu reduzieren und eine Verzuckerung in hoher Ausbeute zu erreichen. Erfindungsgemaesz wird ein spezifischer Enzymkomplex angewandt, der in seiner Zusammensetzung auf die zu verarbeitenden Leguminosenmaischen abgestimmt ist und ueber Cellulase, Hemicellulase, Amylase, Pectinase, * Cellobiase und Protease verfuegt und aus Mikroorganismen-Kulturen, vorzugsweise Fungi der Gattung Aspergillus, Trichoderma, Penicellium, insbesondere Penicillium janthinellum oder Pflanzen, wie Enzymtriticale gewonnen wird. Das Verfahren wird in der Lebensmittelindustrie, der Nahrungsgueterwirtschaft und der Futtermittelindustrie angewendet.{Verfahren; Verarbeitung; Leguminosenmaische; Enzymkomplex; Reduzierung; Viskositaet; Verzuckerung; Cellulase; Hemicellulase; Amylase; Pectinase; * Cellubiase; Protease}

Description

- Stärkegehalt >= 45%

- Proteingehalt <= 15%

- Fallzahl < =200 Sekunden

- gesamtamylolytische Aktivität > = 50SKB-Einheiten

- Aktivität der Alpha-Amylase >= 7ICC-Einheiten

- Katalaseaktivität >= 45 ml O₂/g

Die Korngröße des Schrotes beträgt mindestens 50% = < 1 mm, vorzugsweise mindestens 75% = <1mm.

6. Verfahren nach Anspruch 1,4 und 5, gekennzeichnet dadurch, daß dabei maximal 40% mas (bezogen auf den Gesamteinsatz der Leguminosenmaische), vorzugsweise 2 bis 20% mas eingesetzt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1,4,5 und 6, gekennzeichnet dadurch, daß das Wasser:Schrotgemisch-Verhältnis vorzugsweise im Bereich zwischen 1:0,5 und 1:3,5 liegt.

Anwendungsgebiet

Die Erfindung bezieht sich darauf, die Viskosität von Leguminosenmaischen bei der Verarbeitung in der Lebensmittelindustrie, der Nahrungsgüterwirtschaft und der Futtermittelindustrie zu reduzieren und eine Verzuckerung in hoher Ausbeute zu erreichen.

Charakteristik der bekannten Verfahren

Es ist allgemein bekannt, daß Mischungen von Wasser und Leguminosenschrot bzw. -mehl sehr hohe Viskositäten aufweisen.

Dadurch werden bei ihrer Verarbeitung die Pumpfähigkeit und die Durchmischung erschwert oder sogar vollständig verhindert.

Zur Beseitigung dieser Verarbeitungsschwierigkeiten muß daher diese hohe Viskosität rasch reduziert werden, wozu Enzyme, wie z. B. Alpha-Amylase, Glucoamylase, Cellulase(n), Hemicellulase(n), Protease(n) einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden (vgl. z.B. DE-OS 2505594, US-PS 3039935, US-PS 3632346, US-PS 4333955, DD-WP 98203, DD-WP 158610, DD-WP 247147, J. Food Sei. 35 [1970], 666-669).

Diese Enzyme zeigen entweder verzuckernde oder Viskositätserniedrigende Wirkung. Eine vollständige Verzuckerung wird jedoch nicht erreicht.

Die Anwendung der auf mikrobiellen Enzymen beruhenden Verfahren wird durch die unspezifische Wirkung dieser Enzyme beschränkt. Aus der geringeren Wirkung resultieren eine hohe Dosierung dieser Enzyme und ein große Aufwand für diese Verfahren.

Dagegen wirken die beschriebenen pflanzlichen Enzyme wesentlich spezifischer bei der Viskositätssenkung, aber auch hier ist die Verzuckerung nur unvollständig.

Allerdings ist ihre Gewinnung aufwendig, so daß bei Anwendung dieser beschriebenen Verfahren ein hoher materieller Aufwand zur Viskositätssenkung betrieben werden muß.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß ein Enzymkomplex zur gleichzeitigen spezifischen Viskositätserniedrigung und Verzuckerung in hoher Ausbeute bei Leguminosenmaischen noch nicht beschrieben wurde.

Oer Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Reduzierung der Maischeviskosität von Leguminosenschrot oder -mehl rasch

durchzuführen sowie eine Verzuckerung in hoher Ausbeute zu erreichen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch

Anwendung eines spezifischen Enzym komplexes zur schnellen und starken Reduzierung der Viskosität und zur hohen Verzuckerung der Leguminosenmaische bei 288 bis 333 K, pH 4-6. Der spezifische Enzymkomplex enthält Cellulasen mit hohem Cellobiase- und ß-1,3-Clucanase-Anteil, Hemicellulasenmit Wirkung auf verzweigte und unverzweigte Pentosane, Amylasen mit hohem Glucoamylaseanteil zur Hydrolyse von Oligo- und Disaccharide^ Pectinasen und Protease. Der spezifische Enzymkomplex wird im festen (pulvrigen oder granulierten) oder flüssigen (Kulturfiltrat, -konzentrat, -ultrafiltrat) Zustand der Leguminosenmaische zugegeben. Der spezifische Enzymkomplex kann sowohl als Produkt der Kultivierung von Mikroorganismen als auch als Extrakt, gewonnen aus Pflanzen in Form von oder extrahiert aus dem Roggen-Weizen-Bastard Triticale oder gemälztem Getreide (z. B. Gerste, Roggen) verwendet werden. Beide Applikationsformen, d. h. der Einsatz eines

mikrobiellen Verzuckerungsmittels und der Einsatz von enzymreichen Getreideprodukten, können kombiniert werden.

Die Anwendung des mikrobiellen Verzuckerungsmittels führt zur gleichzeitigen Viskositätserniedrigung und zur Verzuckerung

von Leguminosenmaischen in hoher Ausbeute. Das erfindungsgemäß gestaltete Verfahren weist nachfolgende Parameter aus:

• Rohstoffeigenschaften des Triticale oder Malz.

- Stärkegehalt >= 45%

- Proteingehalt <= 15%

- Fallzahl <= 200 Sekunden

- gesamtamylolytische Aktivität > = SOSKB-Einheiten

- Alpha-Amylase-Aktivität > = 45 ml O₂/g Einsatz als Schrot mit einer Korngröße > 50% <= 1 mm

Zusatz des Schrotes in einer Menge von 1 bis 40Ma.-%, vorzugsweise von 2 bis 20Ma.-%, zu konventionellen Leguminosenmaischen Verhältnis Leguminosen- und Getreide/Malzschrot:Wasser im Bereich 1:0,33 bis 1:6, vorzugsweise 1:0,5 bis 1:3,5 Temperatur beim Einteigen im Bereich zwischen 288 K und 313 K, vorzugsweise zwischen 293 und 303 K Erwärmen der Maische auf Temperaturen im Bereich zwischen 313 K und 343 K, vorzugsweise zwischen 315 K und 333 K. Halten dieser Temperatur für 15 bis 360 Minuten, vorzugsweise zwischen 25 und 90 Minuten. Beispiel 1

Zur Gewinnung von Alkohol aus Erbsenmaische wird ein Anteil der Erbsen von 20% max. in der Maische verwendet. Die Erbsen haben folgende Charakteristik

Feuchtegehalt: 13,65%w/v Stärkegehalt: 47,28% w/v Korngröße: 97 %<1mm Die Polysaccharide sind die Hauptursache der hohen Viskosität. Eine Viskositätssenkung kommt durch die Verzuckerung der Polysaccharide zustande. Die vorausgehende Verzuckerung erfolgt in drei Stufen. Die Verflüssigung und Vorverzuckerung der Maische wird bei 45°C und 25min durchgeführt, wobei V* der Menge des Enzymkomplexes dosiert wird. Es schließt sich eine Rast von 68°C und 30min an. Sie dient der Verquellung der Stärke. Die Verzuckerung selbst wird bei 58°C und 20min durchgeführt. Hier erfolgt die restliche Zuabe des Enzymkomplexes. Die Gesamtdosierung beträgt 1,5FPU/g Rohstoff. Nach dem Vergären der gebildeten Zucker lag eine Ethanolausbeute von 57 ml Elhanol/100g Erbsenstärke vor. Der verwendete Enzymkomplex hat folgende Aktivitäten

FPS: 33,8 FPU/g

Xylanase: 380,5 U/g Glucoamylase: 0,75 E/mg

ß-Glucanase: 136,4 IE/g

Beispiel 2 Die eingesetzte Triticaleprobe wies nachfolgende aufgeführte Eigenschaften auf Stärkegehalt 52,5%

gesamtamylolytische Aktivität 57 SKB-Einheiten

Alpha-Amylase-Aktivität 9 ICC-Einheiten Fallzahl 85 Sekunden Katalaseaktivität 57,7 ml O₂/g Proteingehalt 12.2%

Der Einsatz erfolgt als Schrot, das auf einer Feinschrotmühle hergestellt wurde. Die Korngröße betrug 88% < 1 mm. 100g Erbsen wurden in einer Mühle gemahlen, mit 7,5g Triticaleschrot versetzt, mit Wasser im Verhältnis Erbsen- und Triticaleschrot;Wasser - 1:2,8 bei einer Temperatur von 293K eingeteigt und anschließend auf 317 K erwärmt. DieseTemperatur wurde 20 Minuten lang gehalten und anschließend die Maische auf 333K aufgeheizt und eine Rast für weitere 45 Minuten durchgeführt.

Während für die unbehandelte Erbsenmaische eine Viskosität von > 10⁷mPas ermittelt wurde, betrug sie beim Zusatz von Triticaleschrot nur 295 mPas.

Nach dem Vergären der gebildeten Zucker lag eine Ethanolausbeute wie bei Beispiel 1 vor.

Kontrollversuche mit dem Zusatz mikrobieller Alpha-Amylase, Cellulase und Protease erbrachten bei einer Verlängerung der Rast auf 180 Minuten bei 331 eine Reduzierung der Viskosität auf 450 mPas.

Beispiel 3

Als Enzymträger wurde hier ein Gerstenmalz verwendet. Es wies eine gesamtamylotische Aktivität von 140 SKB-Einheiten, eine Alpha-Amylase-Aktivität von 45 ICC-Einheiten, einen Proteingehalt von 10,90% und eine Katalaseaktivität von 73,3ml Oj/g auf.

Der Einsatz erfolgte ebenfalls als Schrot (Korngröße 91 % < 1 mm).

100g Erbsenschrot wurden mit 6g Malzschrot gemischt und mit Wasser bei einer Temperatur von 298 K eingeteigt. Anschließend erfolgte eine Erwärmung der Maische auf 319 K. Diese Temperatur wurde 35 Minuten gehalten, bevor die Maische auf 331 K aufgeheizt wurde. Diese Temperatur wurde weitere 20 Minuten gehalten. Die Viskosität der Maische konnte dadurch auf 265 mPas reduziert werden.

Nach dem Vergären der gebildeten Zucker lag eine Ethanolausbeute wie in Beispiel 1 vor.

Beispiel 4

Zur Gewinnung von Alkohol aus Erbsenmaische wird ein Anteil der Erbsen von 20% mas in der Maische verwendet. Als Enzym wird eine Kombination aus mikrobiellem Verzuckerungsmittel und Triticale angewendet.

Die Verzuckerung erfolgt in drei Stufen.

Die Vorverflüssigung und Verflüssigung der Maische wird bei 45"C und 25 min durchgeführt, wobei ¹A der Menge des Enzyms bzw. der Triticale dosiert wird. Es schließt sich eine Rast von 68°C und 30 min an. Die Verzuckerung selbst wird bei 58°C und 20 min durchgeführt. Hier erfolgt die restliche Zugabe des Enzymkomplexes und des Triticale.

Die Gesamtdosierung des Enzymkomplexes beträgt 0,75FPU/g Rohstoff und des Triticale von 3g.

Nach dem Vergären der gebildeten Zucker lag eine Ethanolausbeute wie bei Beispiel 1 vor.

Der verwendete Enzymkomplex hat folgende Aktivitäten

FPS: 33,8 FPU/g

Xylanase: 380,5 U/g Glucoamylase: 0,75 E/mg

ß-Glucanase: 136,4 IE/g

Claims (5)

1. Verfahren zur Anwendung eines spezifischen Enzymkomplexes zur Verringerung der Viskosität und zur Verzuckerung von Leguminosenmaischen bei Temperaturen von 288... 333 K und pH 4-6, gekennzeichnet dadurch, daß ein einziger auf die Zusammensetzung von Leguminosenmaischen abgestimmter spezifischer Enzymkomplex zum Einsatz kommt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der spezifische Enzymkomplex Cellulasen mit hohem Cellobiase- und ß-Glucanaseanteil, Hemicullulasen mit Wirkung auf verzweigte und unverzweigte Pentosane, Amylasen mit hohem Glucoamylaseanteil zur Hydrolyse von Oligo- und Disacchariden, Pectinasen, ß-1,3-Glucanase und Protease enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der spezifische Enzymkomplex in festem (pulvrigem oder granuliertem) oder flüssigem (Kulturfiltrat, -konzentrat, -ultrafiltrat) Zustand der Leguminosenmaische zugegeben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der spezifische Enzymkomplex als Produkt der Kultivierung von Mikroorganismen oder Pflanzen in Form von oder extrahiert aus Enzymtriticale oder an gemahlenem geschroteten Enzymtriticale, Getreide oder Malz natürlich oder synthetisch, chemisch und/oder physikalisch gebunden eingesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß die eingesetzte Triticaleform bzw. das Malz charakterisiert ist durch: