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DE4116744A1 - Verfahren zur enzymatischen wuerze- oder wuerzmittelherstelluung aus pflanzlichen rohstoffen - Google Patents

Verfahren zur enzymatischen wuerze- oder wuerzmittelherstelluung aus pflanzlichen rohstoffen

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DE4116744A1
DE4116744A1 DE4116744A DE4116744A DE4116744A1 DE 4116744 A1 DE4116744 A1 DE 4116744A1 DE 4116744 A DE4116744 A DE 4116744A DE 4116744 A DE4116744 A DE 4116744A DE 4116744 A1 DE4116744 A1 DE 4116744A1
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Germany
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protease
mixture
enzymes
enzymation
substrate
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DE4116744A
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Guido Rinas
Juergen Dr Schallenberg
Klaus Prof Dr Ing Loesche
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ZAMEK BERNHARD 4000 DUESSELDORF DE
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ZAMEK BERNHARD 4000 DUESSELDORF DE
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur enzymatischen Wür­ ze- oder Würzmittelherstellung aus pflanzlichen Rohstoffen.
Würzen sind durch Hydrolyse von Eiweißstoffen gewonnene Produkte, die als geschmacksgebende Speisezusätze verwendet werden; sie gelangen als flüssige Speisewürze, als einge­ dampfte und konzentrierte Würzepaste oder getrocknet als Würzepulver in den Handel.
Speisewürzen verstärken den Eigengeschmack der jeweiligen Lebensmittel. Diese Wirkung erzielen die durch Hydrolyse von aus pflanzlichem Eiweiß gewonnenen Aminosäuren - im we­ sentlichen Glutaminsäure. Geschmacksträger der Würze sind u. a. schwefelhaltige Aminosäuren und Lactone. Zur Hydrolyse dient überwiegend eine anorganische, starke Säure, in der Regel Salzsäure. Schwefelsäure wird dann eingesetzt, wenn kochsalzfreie Würzen hergestellt werden sollen. Bei der Hydrolyse mit einer anorganischen Säure werden Verhältnisse von Aminostickstoff zu Gesamtstickstoff von etwa 0,8 er­ reicht. Dies gibt einen Aufschluß über den Abbaugrad der Eiweiße. In fermentativ hergestellten Würzen, z. B. Soja­ soße, wird ein Verhältnis von Aminostickstoff zu Gesamt­ stickstoff von 0,5 erreicht. Die Protein-Hydrolyse mit En­ zymen ist zwar bekannt, jedoch wurden diese Enzyme überwie­ gend eingesetzt, um Proteine zu modifizieren, d. h. nur zum Teil abzubauen, um andere funktionelle Eigenschaften zu bewirken, da bei der enzymatischen Hydrolyse im technischen Maßstab nicht die gewünschten typischen Aromastoffe, son­ dern häufig Bitterpeptide entstehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur enzymatischen Würzeherstellung aus pflanzlichen Rohstoffen zu schaffen, mit dem sich ein Verhältnis von Aminostick­ stoff zu Gesamtstickstoff von mindestens 0,5 erreichen läßt, bei dem jedoch keine oder nur sehr geringfügig Bitter­ peptide entstehen und das zu einer Würze führt, die die gewünschten Aromastoffe enthält.
Ausgehend von dieser Aufgabenstellung wird bei einem Ver­ fahren der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, daß erfin­ dungsgemäß einem im Wasser feinverteilten Substrat Protea­ sen zugesetzt und das Substrat mittels der Proteasen unter milden Bedingungen hydrolysiert wird, bis ein Verhältnis von Aminostickstoff zu Gesamtstickstoff von etwa 0,5 oder mehr erreicht ist. Vorteilhafterweise können zusätzlich zu den Proteasen Exopeptidasen verwendet werden, um eine weite­ re Aufspaltung der gewonnenen Peptide in Aminosäuren zu erreichen.
Wenn zusätzlich noch Glutaminasen eingesetzt werden, wird erwünschterweise Glutaminsäure aus enzymatisch freigesetz­ tem Glutamin gewonnen, was den Anteil der aus den Proteinen gewonnenen Glutaminsäure erhöht.
Um auch die Stärke, Zellulose und andere Kohlehydrate auf­ zuspalten, was zur Bildung des typischen Würzearomas bei­ trägt, können zusätzlich mazerierende Enzyme, wie Cellula­ sen, Pektinasen, Glucanasen und Amylasen eingesetzt werden.
Die verschiedenen Enzyme können in einem einstufigen Ver­ fahren im Gemisch eingesetzt werden, jedoch ist es vorzu­ ziehen, die Enzyme in einem mehrstufigen Verfahren gruppen­ weise nacheinander einzusetzen.
Insbesondere die Glutaminase verlangt für ihre optimale Aktivität einen pH-Wert oberhalb 6,5. Bei der enzymatischen Hydrolyse mittels Proteasen und Exo-Peptidasen sinkt jedoch der pH-Wert kontinuierlich als Folge der Freisetzung von Säuregruppen der Aminosäuren. Der stetige Abfall des pH-Wer­ tes ist ein Indikator für das Andauern der Reaktion, so daß das Ende der Reaktion erreicht ist, wenn der pH-Wert kon­ stant bleibt. Jetzt kann der pH-Wert durch Zusatz von Laugen wie Natronlauge auf über 7 angehoben werden. Danach kann Glutaminase alleine oder im Gemisch mit den mazerie­ renden Enzymen in der zweiten Verfahrensstufe zugesetzt werden, so daß sich im Verlauf der Reaktion in der zweiten Stufe ein Anstieg des Aminostickstoffgehaltes, des Gehalts an Glutaminsäure und der Trockensubstanz ergibt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich unterschied­ liche proteinreiche pflanzliche Rohstoffe einsetzen. Die Verwendung von Sojamehl und/oder gemahlenem Sojaschrot und Weizenkleber ergibt besonders hochwertige Würzen. Als pflanz­ liche Proteinträger können auch Maiskleber, Reiskleber und Erdnußschrot dienen.
Im einzelnen kann das Verfahren in folgenden Schritten ablaufen:
Sojamehl und Weizenkleber werden in kaltem Wasser auf einen Trockensubstanzgehalt von etwa 20% eingemaischt. Anschlie­ ßend wird während einer Stunde auf 120°C erhitzt. Danach wird mit kaltem Wasser auf 10% Trockensubstanzgehalt ver­ dünnt und die Enzyme werden in eine Teilmenge des Reaktions­ ansatzes eingemaischt. Die Enzymierung erfolgt bei 40° bis 42°C während etwa 12 Stunden unter Rühren. Dabei sinkt der pH-Wert stetig ab, der am Ende der ersten Reaktion auf 7,5 angehoben wird. Es folgt eine weitere Enzymierung bei 40° bis 42°C während etwa 4 Stunden unter Rühren. Danach lassen sich die nicht hydrolysierten Feststoffe abtrennen, die Flüssigkeit wird mit Salz versetzt, aufkonzentriert und durch Hitze bei mindestens 80°C während 20 Minuten inakti­ viert.
Dem Substrat können im Hinblick auf Würze weitere Rohstoffe wie Hefe, Hefeextrakt, Gemüseauszüge, Gewürze und/oder Ge­ würzextrakte und im Hinblick auf Würzmittel auch Geschmacks­ verstärker, Aromen, Zucker, sowie farbstoffhaltige pflanz­ liche Verarbeitungsprodukte hinzugefügt werden, wobei diese Zugabe bereits zu Anfang beim Einmaischen von Sojamehl und Weizenkleber und/oder nach dem Abfiltrieren und/oder nach dem Inaktivieren erfolgen kann. Als Enzyme lassen sich im Gemisch zu untereinander gleichen Gewichtsteilen 1. Protea­ se, 2. Protease, 3. Protease und 4. Protease sowie des wei­ teren Amylase, Glutaminase und Cellulase zu untereinander gleichen, zum ersten Gemisch ggf. verschiedenen Gewichts­ teilen und von 5. und 6. Protease in flüssig suspendierter Form verwenden.
Eine bewährte Mischung kann aus je 50 mg/l 1. bis 4. Pro­ tease sowie 0,1 ml/l 5. Protease und/oder 6. Protease in der ersten Enzymierung und einem Gemisch von je 50 mg/l Glutaminase, Cellulase, Amylase und von 0,1 ml/l Glucoamy­ lase in der zweiten Enzymierung für ein Substrat aus Soja­ mehl und Weizenkleber im Verhältnis 80 : 20 verwendet wer­ den.
Für ein Substrat aus Sojamehl und Weizenkleber im Verhält­ nis 60 : 40 läßt sich günstigerweise ein Gemisch von je 50 mg/l 1. bis 4. Protease, 5. Protease und 6. Protease in der ersten Enzymierung und ein Gemisch von je 50 mg/l Glutamina­ se, Amylase und Cellulase in der zweiten Enzymierung ein­ setzen.
Bei der Vorbereitung des Substrats ist zu beachten, daß bei der klassischen Fermentation Organismen durch das Substrat wachsen und ihre Enzyme damit feinverteilt an allen Stellen im Substrat plazieren. Demgegenüber werden beim Einsatz isolierter Enzyme nur die Oberflächen der Substratkörner erreicht. Daher ist es erforderlich, die eingesetzten Sub­ stanzen gleichmäßig und fein zu vermahlen.
Zur Herstellung des Reaktionsansatzes werden die feingemah­ lenen Substrate gemischt und in Wasser suspendiert. Um Ver­ klumpungen zu vermeiden, wird erst nachfolgend erhitzt und der Ansatz etwa eine Stunde bei 120°C gehalten. Hier­ durch wird erreicht, daß Hemmstoffe für die Proteasen zer­ stört werden. Des weiteren wird das Substrat aufgeschlos­ sen, und die ersten Proteine gehen in Lösung. Ein Teil der Eiweißstoffe wird denaturiert und erleichtert damit den Proteasen den Zugang zum Substrat. Auch wird das Substrat sterisiliert, was für die nachfolgende lange Prozeßführung unter milden Bedingungen erforderlich ist, da mesophile Organismen ansonsten während der enzymatischen Umsetzung wachsen und den Ansatz zerstören würden. Die Substrate kön­ nen in beliebiger Zusammensetzung gemischt und der weiteren Behandlung unterzogen werden. Zur Vorbereitung wird der Ansatz zweckmäßigerweise doppelt konzentriert mit einem Ge­ halt von 20% Trockensubstanz erhitzt, um dann zur Reaktion und zur Absenkung der Temperatur auf 10% Trockensub­ stanzgehalt verdünnt zu werden. Die Enzyme können in den handelsüblichen Formen eingesetzt werden.
Die Enzyme werden eingewogen und mit einer geringen Menge des Reaktionsansatzes eingemaischt. Danach werden sie dem temperierten Ansatz zugegeben.
Es beginnt die erste Enzymierung mit dem Gemisch der Prote­ asen 1 bis 6. Durch Hydrolysereaktion fällt der pH-Wert kontinuierlich infolge Freisetzung von Säuregruppen. Der stetige Abfall des pH-Werts ist ein Indikator für das An­ dauern der Reaktion. Durch die erste Enzymierung werden in erster Linie aus den Proteinen Aminosäuren und Peptide freigesetzt. Da es wünschenswert ist, möglichst große Men­ gen an Glutaminsäure freizusetzen, wovon ein Teil zwar pri­ mär aus den Proteinen entlassen wird, ein nicht geringer Anteil jedoch aus Glutamin durch Desaminierung hergestellt werden muß, wird eine zweite Enzymierung durchgeführt. Die­ se zweite Enzymierung erfolgt durch Zusatz von Glutaminase, nachdem der pH-Wert des Ansatzes nach Beendigung der ersten Enzymierung mittels Natronlauge auf einen Wert oberhalb 7 eingestellt wurde.
Die zweite Enzymierung mittels Glutaminase kann im übrigen erst dann wirkungsvoll ablaufen, wenn ausreichende Mengen an Glutamin vorhanden sind. Dieses Glutamin entsteht auch während der ersten Enzymierung. Nach dem Abwiegen der Enzy­ me für die zweite Enzymierung werden diese Enzyme in eine geringe Menge des Reaktionsansatzes eingemaischt und in dem Ansatz verrührt.
Die zweite Enzymierung wird ebenfalls bei 40° bis 42°C durchgeführt und dauert unter Rühren 4 Stunden. Vorzugswei­ se werden für die zweite Enzymierung nicht nur Glutaminase, sondern auch mazerierende Enzyme wie Amylasen, Cellulasen und Glucanasen hinzugegeben. Nach Beendigung der zweiten Enzymierung wird der Reaktionsansatz filtriert, die gewon­ nene verdünnte Grundwürze durch Zugabe von Kochsalz stabi­ lisiert, im Vakuum aufkonzentriert und durch Hitze bei mindestens 80°C während 20 Minuten inaktiviert. Als wei­ tere Zusätze können Gewürze, Gewürzextrakte, Kräuterauszü­ ge, Hefe und Hefeextrakte sowie zweckentsprechend auch Zucker, farbstoffhaltige pflanzliche Verarbeitungsprodukte, Geschmacksverstärker und Aromen eingegeben werden, die sich sowohl bereits im ersten Reaktionsansatz vor der ersten Enzymierung als auch nach der zweiten Enzymierung oder auch nach dem Inaktivieren hinzufügen lassen.
Zur Einstellung des ph-Wertes können Salzsäure und Natron­ lauge dienen.
Für die enzymatische Würzeherstellung aus Sojamehl und Wei­ zenkleber im Verhältnis 80 : 20 hat sich für die erste Enzymierung ein Gemisch von je 50 mg/l 1. bis 4. Protease zusammen mit 0,1 ml/l 6. Protease und ein Gemisch für die zweite Enzymierung von je 50 mg/l Glutaminase, Cellulase und Amylase sowie 0,1 ml/l Glucoamylase bewährt.
Für die enzymatische Würzeherstellung aus Sojamehl und Wei­ zenkleber im Verhältnis 60 : 40 hat sich hingegen in einem einstufigen Enzymierungsverfahren ein Gemisch aus je 100 mg/l 1. bis 4. Protease, 300 µl/l 5. Protease, 50 mg/l Glu­ taminase, 100 mg/l Amylase und 50 mg/l Cellulase bewährt.
Des weiteren ergab sich aus Versuchen, daß bei der enzyma­ tischen Würzeherstellung aus Sojamehl und Weizenkleber im Verhältnis 60 : 40 in einem zweistufigen Verfahren ein Ge­ misch von 50 mg/l 1. bis 4. Protease und 300 µl/l 6. Pro­ tease für die erste Enzymierung und ein Gemisch von je 50 mg/l Glutaminase, Amylase und Cellulase für die zweite En­ zymierung ebenfalls gute Ergebnisse erbrachte.
Während die Proteasen im sauren Bereich optimal und mit guter Ausbeute arbeiten, sind die Exopeptidasen auf einen leicht alkalischen Bereich angewiesen. Um die pH-Optima aller verwendeten Enzyme im Verlauf des Prozesses zu durch­ laufen, wird der pH-Wert des Reaktionsansatzes nicht kon­ stant gehalten, sondern die automatische pH-Absenkung unbe­ einflußt gelassen. Dabei ergibt sich, daß der bei Verwen­ dung der 4. bis 6. Proteasen und einem Hydrolysegrad von mehr als 30% festgestellte Bittergeschmack mit den be­ schriebenen Ansätzen des erfindungsgemäßen Verfahrens ent­ fiel.
Unabhängig von der Reinheit der Enzyme liegen den Produkten folgende Aktivitäten zugrunde:
1. Protease - überwiegend alkalische Endoprotease,
2. Protease - überwiegend neutrale Endoprotease,
3. Protease - überwiegend saure Endoprotease,
4. Protease - überwiegend neutrale Exoprotease,
5. Protease - alkalische Exoprotease und Endoprotease,
6. Protease - überwiegend alkalische Exoprotease.
Die erfindungsgemäß hergestellte Würze enthält 3% Gesamt­ stickstoff in einem Verhältnis Aminostickstoff zu Gesamt­ stickstoff von mindestens 0,5. Die Würze weist einen hohen Gehalt an Trockensubstanz und Glutaminsäure auf, hat keinen Bittergeschmack und weist das erwünschte Würzearoma auf. Ebenso lassen sich Würzmittel mit einem Gesamtstickstoff­ gehalt von 1% und intermediären Werten herstellen.

Claims (18)

1. Verfahren zur enzymatischen Würze oder Würzmittelher­ stellung aus pflanzlichen Rohstoffen, bei dem
  • - einem in Wasser fein verteilten Substrat Proteasen zugesetzt und
  • - das Substrat mittels der Proteasen hydrolysiert wird, bis ein Verhältnis von Aminostickstoff zu Gesamt­ stickstoff von 0,5 oder mehr erreicht ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die zusätzliche Verwendung von Peptidasen zur weiteren Auf­ spaltung der gewonnenen Peptide in Aminosäuren.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die zusätzliche Verwendung von Glutaminasen zum Frei­ setzen von Glutaminsäure aus enzymatisch freigesetztem Glutamin.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die zusätzliche Verwendung von mazerierenden Enzymen wie Cellulasen, Pektinasen und Amylasen.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Enzyme in einem ein­ stufigen Verfahren im Gemisch eingesetzt werden.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Enzyme in einem mehr­ stufigen Verfahren nacheinander eingesetzt werden.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Stufe die Pro­ teasen, Peptidasen und mazerierenden Enzyme im Gemisch und in einer zweiten Stufe die Glutaminase eingesetzt werden.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Stufe die Proteasen und Peptidasen und in einer zweiten Stufe die mazerierenden Enzyme und die Glutaminase im Gemisch eingesetzt werden.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert der Lösung zur Optimierung der Wirkung der Peptidasen und/oder der Glutaminasen nach dem Einwirken der Proteasen und/oder mazerierenden Enzyme auf einen Wert von mehr als 7 eingestellt wird.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch die Verwendung von unterschied­ lichen proteinreichen pflanzlichen Rohstoffen.
11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch die Verwendung von Sojamehl und/oder feingemahlenem Soja­ schrot und Weizenkleber.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch folgende Schritte
  • - Einmaischen von Sojamehl und Weizenkleber in Wasser auf einen Trockensubstanzgehalt von etwa 20%,
  • - Erhitzen auf 120°C während einer Stunde,
  • - Verdünnen mit kaltem Wasser auf 10% Trockensubstanz­ gehalt,
  • - Einmaischen der Enzyme in eine abgekühlte Teilmenge des Reaktionsansatzes,
  • - Enzymierung bei 40° bis 42°C während etwa 12 Stunden unter Rühren,
  • - Anheben des pH-Wertes auf 7,5,
  • - Enzymierung bei 40° bis 42°C während etwa 4 Stunden unter Rühren,
  • - Abtrennen,
  • - Aufkonzentrieren,
  • - Inaktivieren durch Hitze bei mindestens 80°C während 20 Minuten.
13. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch die Zugabe von weiteren Rohstoffen wie Hefen, Hefeextrak­ ten, Kräuterauszügen, Gewürzen, Gewürzextrakten sowie Zuckern, Geschmacksverstärkern, Aromen und farbstoff­ haltigen pflanzlichen Verarbeitungsprodukten.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Rohstoffe beim Einmaischen des Sojamehls und des Weizenklebers und/oder vor dem Inaktivieren zugegeben werden.
15. Verfahren nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nach dem Anheben des pH-Wertes auf 7,5 eine zweite Enzymierung durch Zugabe von Peptidasen und/oder Glutaminasen eingeleitet wird.
16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Gemischs von 1. bis 4. Protease mit untereinander gleichen Ge­ wichtsteilen, Glutaminase, Amylase und Cellulase in un­ tereinander gleichen, vom ersten Gemisch ggf. verschie­ denen Gewichtsteilen und von 5. Protease und/oder 6. Protease in flüssig suspendierter Form.
17. Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Gemischs von je 50 mg/l 1. bis 4. Pro­ tease sowie von 0,1 ml/l 5. und 6. Protease in der ersten Enzymierung und eines Gemischs von je 50 mg/l Glutaminase, Cellulase, Amylase sowie von 0,1 ml/l Glu­ coamylase in der zweiten Enzymierung für ein Substrat aus Sojamehl und Weizenkleber im Verhältnis 80 : 20.
18. Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Gemischs von je 50 mg/l Prozym 6, 1. bis 4. Protease sowie 0,3 ml/l 5. Protease und/oder 6. Protease in der ersten Enzymierung und eines Ge­ mischs von je 50 mg/l Glutaminase, Amylase und Cellu­ lase in der zweiten Enzymierung für ein Substrat aus Sojamehl und Weizenkleber im Verhältnis 60 : 40.
DE4116744A 1991-05-23 1991-05-23 Verfahren zur enzymatischen wuerze- oder wuerzmittelherstelluung aus pflanzlichen rohstoffen Ceased DE4116744A1 (de)

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