DE1935330A1

DE1935330A1 - Verfahren zur Herstellung von Maltit

Info

Publication number: DE1935330A1
Application number: DE19691935330
Authority: DE
Inventors: Hirao Mamoru Akaiwagun; Mitshuhashi Masakazu Sugimoto
Original assignee: Hayashibara Co Ltd
Current assignee: Hayashibara Co Ltd
Priority date: 1968-07-12
Filing date: 1969-07-11
Publication date: 1970-10-01

Description

Verfahren zur Herstellung von Maltit Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Maltit, d.h. von 4-(α-D-Glucopyranoxyl)-D-sorbit, einem durch Hochdruck-Hydrierreduktion vom Maltose erhaltenen Produkt der Formel Maltose und hieraus Maltit wurden bisher in der Weise gewonnen, daß man (1) Stärke vorzugsweise mit Hilfe von α-Amylase unter Erhitzen verflüssigte; (2) die erhaltene Lösung mittels Malz-Amylase, d.h. einer Mischung von α - und ß-Amylase, zu Maltose vom Reinheitsgrad von höchstens 50 bis 63% verzuckerte; (3) aus dem größere Mengen Protein und Grenzdextrine' enthaltenden Abbauprodukt durch alkoholische Fraktion@@ierung die Dextrine abtrennte; (4) die dextrinfreie Maltose vom Reinheitsgrad von Silber 60% durch wiederholtes Umkristallisieren auf einen Reinheitsgrad von etwa 90% brachte und (5) die gereinigte Maltose durch Hochdruckhydrierung zu Maltit reduzierte.
Dieses Verfahren verursacht große Reinigungsschwierigkeiten und ist auch aus dem Grunde unwirtschaftlich, weil eß bei hohen Herstellungskosten nur geringe Ausbeuten ergibt.
Papierchromatographische Messungen zeigen, daß die nach Stufe (2) verzuckerten Lösungen etwa 50% Maltose, 30% Dextrine und 20% Oligosaccharide enthalten. Bei der Verzuckerung bleiben nämlich die oC-1,6-Glucosidbindungen enthaltenden sogen. Grenzdextrine erhalten, so daß eine vollständige Amylolyse der Stärke nach dem vorbekannten Verfahren nicht durchführbar ist. Aus diesem Grunde wird bei der Hydrierung ungereinigter Verzuckerungslösungen gemäß Stufe (5) nur die enthaltende Maltose reduziert, während die ot- und ß-Grenzdextrine zurückbleiben. Reinigt man dagegen die verzuckerten Lösungen in umständlicher und kostspieliger Weise nach Stufe (3) und (4), so werden aus 100 kg Stärke bzw. aus 102 kg verzuckerten Stärkeprodukten lediglich 3 kg einer 95%igen Maltose erhalten. Ein technisch anwendbares Verfahren liegt hier somit nicht vor.
Die bisher zur Verzuckerung der verflüssigten Stärke in Stufe (2) angewandte ß-Amylase ist nur zur selektiven Zersetzung der α-1, 4-Glycosidbindungen, welche die wichtigsten Bindungen der Linearketten der Stärkemoleküle sind, befähigt und kann vollständig nur die ausschließlich aus linearkettigen -1,4-Glucosidbindungen der Stärkemoleküle abbauen. Die verzweigte Molekularstr des Amylopektins der Stärke ist - soweit dessen Seitenketten durch α-1, 4-Glucosidbindungen gebildet werden - an sich ebenfalls zersetzbar, Jedoch hemmen diesen Abbau die α-1, 6-Glucosidbindungen, aus welchen die Seitenketten, gebildet werden die Verzuckerung der Stärke moleküle mittels ß-Amylase und stoppen die Verzuckerungsreakt'ion unter Zurücklassung der Grenzdextrine.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht in der Ausschaltung der beschriebenen Nachteile durch Entwicklung eines technisch anwendbaren und wirtschaftlich durchführbaren Verfahrene zur Herstellung von hochreinem Maltit in hoher Ausbeute durch Abbau von verflüssigter Stärke mit bestimmten, selektiv wirkenden Amylasen zu Maltose und Reduktion der in besonders zweckmäßiger Weise gereinigten Maltose durch eine an sich bekannte Hochdruckhydrierung.
Das erfindungsgemäße-Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man (α) eine Stärkeaufschlämmung durch Erhitzen bei einer Temperatur zwischen 70 und 180, vorzugsweise 120 bis 180°C völlig gelatiniert und löst, (b) in die auf eine Temperatur zwischen 45 und 60°C abgekühlte Stärkelösung eine α-1, 6-Glucosidase gleichförmig einrührt und einwirken läßt, (c) in das Reaktionsgemisch ß-Amglase einrührt und bis zur Beendigung der ß-Amylolyse einwirken läßt und (d) die erhaltene Maltose nach Reinigung in Gegenwart eines Hydrierkatalysators bei liner Tempe'ratur zw'i-, schein 800 und 150°C und einem Druck zwischen 20 und 100 kg/cm² zum Maltit hydriert.
Die erfindungsgemäß in der Verflüssigungsstufe (b) während oder vor dem Verzuckerungsvorgang zugesetzte α-1, 6-Gluco sidase weist eine spezifische Wirkung bezüglich der Aufspaltung der α-1, 6-Glucosidbindungen der Seitenketten von Amylopektin auf und überführt hierdurch das Amylopektin in Moleküle vom Amylose-Typ, die ausschließlich linearkettige 1,4-Glucosidbindungen enthalten. Die mitverwendete 4-1,6-Glueosidase baut nämlich die hemmend wirkenden α-1, 6-Glucosidbindungen selektiv ab und ermöglicht hierdurch eine ununterbrochene, vollständige Einwirkung der ß-Amylase. Auf diese Weise wird die Einwirkung der ß-Amylase erleichtert.
Nachstehende Versuche zeigen den durch die Mitverwendung von α-1, 6-Glucosidase in der Verzuckerungsstufe erzielten Fortschritt: beim Versuch (A), welcher dem bekannten Verfahren entspricht, wird eine 10%ige Aufschlämmung von Süßkartoffelstärke mittels α-Amylase bis zum Dextrose-Äquivalent (D.E.) von 2,7% verflüssigt, worauf man 25 Einheiten ß-Amylase je g Stärke zusetzt und das Gemisch bei 55°C im Laufe von 16 Stunden verzuckert. Beim Versuch (B) wird dagegen die Verzuckerung durch Zusatz von 25 Einheiten ß-Amylase und 10 Einheiten α-1, 6-Glucosidase je g Stärke durchgeführt. Aus den Ergebnissen gemäß der nachfolgenden Aufstellung ist ersichtlich, daß im Falle (B) die Verzuckerungslösung wesentlich mehr Maltose enhält (90,4 %) als im Falle (A) (69,6 %): Versuch Maltose Glucose Malztriose Dextrin A 69,6% 1,1% 3,5% 25,7% B 90,4 0,4 1,3 7,9 Die erfindungsgemäß verwendeten α-1, 6-Glucosidasen sind aus Hefe und Pflanzenstoffen gewinnbar, beispielsweise durch Züchten der Stämme von Aerobaster aerogenes, und werden als Isoamylase oder R-Enzym bezeichnet, Jedoch haben sie fUr die praktisch Anwendung eine ttu geringe Wirkkraft.
Die von Bender u. Mitarb. 1961 extrahierte Pullulanase (Biochem. Z. 334, 1961, 79) zeigt zwar eine etwas höhere Wirksamkeit und wurde zur Bestimmung des Aufbaus von Stärken benutzt, jedoch nur in Form von sehr verdünnten Lösungen mit 1% oder weniger Stärke. Brauchbare technische Anwendungen für diese Enzyme wurden nicht vorgeschlagen.
Die Erfinder des vorliegenden Verfahrens fanden dagegen nach umfangsreicher Sammlung von Kulturproben und Bodenbakterien sehr verschiedener Standorte lind nach wiederholten Trennmaßnahmen verschiedene Bakterienabartent die hochwlrksame Enzyme aus den Stämmen der Gattungen Escherichia, Pseudomonas, Lactobacillus, Mierococcus, Nocardia u.a. ergeben.
Von den durch Trennmethoden ausgewählten Bakterien wurden diejenigen aus den Gattungen Pseudomonas und Lactobacillus für das vorliegende Verfahren als besonders geeignet befunden. Die gewonnenen Enzyme unterscheiden eicE etwas voneinander hinsichtlich der Nährbodenart und enzymatischen Eigens schaften. Nach Überprüfung der Anwendbarkeit der Enzyme entweder für sich allein oder im Gemisch miteinander wurde gefunden, daß die kombinierte Anwendung von Pr@@ulanass.
dem aus einem Stamm der Pseudomonas-Gattung gewonnenen Enzym besonders gute Ergebnisse liefert.
Erfindungsgemäß sind allgemein verfügbare Stärken, einschließlich Getreide-, Kartoffel-, Süßkartoffel- und gebleichte Getreidestärkenk, anwendbar. Die Verflüssigung der Stärke erreicht man wahlweise durch: (1) Erhitzen der wässrigen Stärkeaufschlämmungen bei 100 bis 18000, (2) mittels zugesetzter α-Amylase unter Erhitzen auf 70 bis 9500, (3) durch Erhitzen auf über 100°C der bis zu einem pH 3 bis 5 angesäuerten Aufschlämmung.
Da bei der nachfolgenden Amylolyse der gelösten Stärke mittels ß-Amylase nur die aus einer geraden Zahl von Glucose-Einheiten bestehenden Moleküle zu der aus zwei Glukose Einheiten Maltose abgebaut werden, Maltotriose und Glukose dagegen unverändert zurückbleiben, und da somit, Je kleiner die Moleküle der gelösten Stärke, die der Amylolyse unter worfen werden, sind, desto geringer der Maltose-Gehalt der völlig amylolysierten Stärke wird, -ist bei der Verflüssigung bzw. thermischen Auflösung von Stärke zweckmäßig ein möglichst niedriger D.E. einzuhalten.
Andererseits verlaufen die Reaktionen mittels ß-Amylase und α-1, 6-Glucosidase zweckdienlich mit dem Fortschreiten der Amylolyse und der Verdünnung der Stärkelösung, - d.h.
die Amylose der Stärke soll mindestens zu dem Zeitpunkt abgebrochen werden, wenn die Verzuckerung einsetzen kann.
In diesem Sinn soll das D.E. der Stärke zur Zeit der Auflösung nicht höher als 5, am besten etwa 1 biß 2 sein. Wenn die Stärkeaufschlämmung durch Erhitzen in Abwesenheit eines verflüssigenden Enzyms verflüssigt werden soll, muß Jene fortlaufend unter Bewegung bei oder unterhalb 180°C e erhitzt und'die Behandlungsdauer derart bemessen werden, daß ein D.E. von etwa 1 bis 2 erreicht wird.
Aus dem gleichen Grunde soll bei Anwendung eines verflüssigenden Enzyms die Stärke fortlaufend bei einer Temperatur zwischen 85 und 95°C verflüssigt werden, wobei das Unwirksamwerden des Enzyms durch Hitze zu berücksichtigen und die Behandlungsdauer mit Rücksicht auf das D.E. auf mehrere Minuten su begrenzen ist. Beim Verflüssigen mit einer Säure neigt der Dissoziationsgrad sehr zu steigen; in diesem Fall kann durch Erhitzen bei einen pil im Bereich zwischen etwa 4 bis etwa 3,5 verflüssigt werden.
Die nach einem der vorstehend angegebenen Verfahren erhaltene Stärkelösung besitzt eine sehr hohe Viskosität. Lösungen mit einer für eine wirtschaftliche Erzeugung an sich besonders vorteilhafte Konzentration zwischen 20 und 30% werden aber nach dein Kühlen gelartig, und die nachfolgende Rückstufung (retrogradation) der Amylosemoleküle verhindert die Einwirkung des Verzuckerungsenzyms. Sogar eine Lösung, die keine Rückstufung erleidet, soll nicht mit einer Stärkekonzentration von 30% oder mehr angewandt werden, da die Einwirkung der ß-Amylase hemmend auf den Nährboden zu sein scheint. Dementsprechend ist eine Lösung mit einer Stärkekonzentration im Bereicht von 10 bis 20% für die nachfolgenden Behandlungen besonders geeignet.
Wie erwähnt, erleidet verflüssigte Stärke leicht eine Rückstufung. Es ist daher erforderlich, jene schnell bei einer möglichst hohen Temperatur zu behandeln, bevor die Viskosität durch die Amylolyse, die durch den Zusatz der ß-Amylase und α-1, 6-Glucosidase bewirkt wird, herabgesetzt wird Daher muß eine gelatinierte Stärkelösung unverzüglich und fortlaufend mittels eines Vakuumkühlers gekühlt und sofort die Enzymzugabe nachfolgen. Zu diesem Zwecke ist es nützlich, zu Anfang eine Protion ß-Amylase oder ein verhältnismäßig stark hitzefestes Enzym, erhalten aus einem Stamm der Gattung Lactobacillus (z.B. L.gayomii, ATCC 8290, oder L.
plantarum-ATCC 8008) bei vorhältnismäßig hoher Temperatur von etwa 60°C, und nach dem Abfallen der Viskosität den Rest des Enzyms zuzugeben. Zur praktischen Durchführung der Stärkeverzuckerung ist es wichtig, die primäre Vorumwandlung -in Abhängigkeit von den Eigenschaften der angewandten Enzyme - in einer Zeitspanne von 20 bis 60 Minuten durchzuführen, so daß Enzyme verschiedener Art sich vermischen können, dann die Lösung auf 45 bis 500a zu kühlen und nach Zugabe land Vermischung der restlichen Enzyme die Mischung in das Verzuckerungsgefäß überzuführe Da in dieser Stufe die Viskosität der Lösung noch hoch ist, dauert die sekundäre Vorverzuckerung etwa 1 bis 4 Stunden.
Da als dann die Verzuckerung in einei beträchtlichen Aumaße verläuft und die Viskosität sinkt, ist ein Zusammengießen einer sehr hochwiskosen Lösung mit Sauerstoff in eine große Menge einer weniger viskosen Lösung statthaft. Demsufolge wird eine Rückstufung vermieden, und die Lösung durch den Kühler im Vorverzuckerungsgefäß bei einer geeigneten Temperatur gehalten. Das Vermischen der Enzyme und die Verzuckerung verlaufen nun in angemessener Weise und die Viskosität der Lösung sinkt, obwohl ein. Rllckstufung vermieden wird. Sodann pumpt man die Lösung in das Verzuckerungsgefäß zwecks Verzuckerung im Chargenbetrieb. Da die Verzuckerung 2 bis 3 Tage dauert, wird, die Lösung bei einer geeigneten Temperatur zwischen 45 und 50°C gehalten und das pH mit den Enzymen zwischen 4,5 und 6,0 eingestellt. Auf diese Weise kann die Verzuckerung beendet werden.
Die erhaltene Lösung ist ein umgewandelter Sirup mit einem Maltose-Gehalt von 92 bis 94% und einem Gehalt an Glucose, Maltotriose usw. von etwa 5*. Die Lösung wird anschließend filtriert und mit Leichtigkeit gereinigt; nach der üblichen Nachbehandlung erhält man eine farblose klare Zuckerlösung. Aus 100 kg entwässerter Stärke werden gewöhnlich 103 kg Maltose vom Reinhei bis zu 95% gewonnen.
In manchen Pillen erschwert eine geringe Menge zurückgebliebenen hochmolekularen Dextrins das Filtrieren und Reinigen.
Dies ist zurückzuführen auf das Bemühen zur Begrenzung der Stärkeverflüssigung auf einen äußerst niedrigen Grad, um einen entsprechend erhöhten Maltose-Gehalt zu erlangen. In diesem Fall kann das Filtrieren durch Zusatz einer geringen Menge α-Amylase im Lauf der Verzuckerung zwecks Zersetzung des Dextrine erleichtert werden.
Die gewonnene reine Maltose reduziert man durch hydrieren im Autoklav in folgender Weise zu reinem Maltit: Durch Auflösen von Maltose in Wasser gewinnt man eine 40 bis 60%ige Lösung, der 8 bis 10 Gew.% Raney-Nickel zugesetzt werden. Sodann wird in die Lösung Wasserstoff unter einem Druck von 20 bis 100 kg/cm2 eingepreßt wobei man die Temperatur fortanhreitend bis auf 100 bis 120°C steigert.
Öfters erniedrigt sich in diesen Fällend das pH, die Reaktion verlangsamt sich und die Ausbeute an Maltit fällt auf etwa 90% unter Bildung von etwa 8% Sorbit. Zur Verbesserung der Ausbeute wird daher während der Hydrierung das pH be..
richtigt. Dennoch wird hierdurch die Ausbeute nur geringfügig bis auf 93% erhöht. Wird jedoch Calciumcarbonat als ein mildes Neutralisationsmittel der Ausgangsmaltose in einer Menge von 0,06 bis 0,3% zugesetzt, so steigt die Sorbitausbeute um 1,6% - ein Zeichen dafür, daß die Maltose-Umwandlung zu Ende geht - und die Maltitausbeute auf mehr als 96%. Das Ergebnis ist sowohl bezüglich der Reinheit wie auch der Ausbeute befriedigend. Man gewinnt aus 100 kg Stärke bzw. 103 kg Maltose 103,5 kg Maltit mit einer Reinheit von etwa 95%.
Die Ermittlung der für eine Anwendung als Süßmittel sich eignenden Eigenschaften von Maltit fußen auf nachstehenden Befunden: I. Die Süßigkeit.
Eine durch 30 Personen erfolgte Gruppenprüfung des süßen Gesohaoks von Naltit ergab, daß dieser Stoff voll mild schmeckt. Der Geschmack vergeht schnell und gibt keinen trüben Nachgeschmack. Maltit ist süßer als Traubenzucker, jedoch weniger süß als Rohrzucker; die Süßigkeit beträgt etwa 75% derjenigen des Rohrzuckers.
(A) Kennzeichnende Unterscheidung.
Diese wird durch eine gepaarte Vorzugsbetimmung auf folgen der Grundlage ermittelt: 1). Gleichung: worin x²-einzelnes Gruppenergebnis α1-Zahl der richtigen Antworten α2-Zahl der falschen Antworten N - α1 + α2 2). Tabelle für x² (Freiheitsgrad 1): Grad der Kennzeichung 20% 10% 5% 1% 0,1% x² 1.642 2.706 3.841 6.635 10.827 3). Zog man in Betracht die kennzeichnende Unterscheidung beim Kennzeichnungsgrad bei 5 oder 1%, so wurde gefunden: x² > 6.635 - 1% ja 6.63 > x² > 3.84 - 5% ja x² > 3.84 nein.
(B) Prüferergebnisse.
1). Süßigkeitsprüfungen von D-Glucose, D-Fructose, Sacchardse und Maltit wurden jeweils mindestens fünf Mal für jede Süßigkeitsprüfung wiederholt. Wie aus der nachfolgenden Aufstellung zu ersehen, können die zu vergleichenden Süßmittel hinsichtlich ihrer Süße wie folgt geordnet werden D-Fructose > Saccharose > Maltit > D-Glucose.

Konzen- mit Maltit verglichene Zucker

tration

% D-Fructose D-Glucose Saccharose

70 42,78 6.02 28.46

35 17.86 3.13, 15.86,

20 28.14 1.59 12.57

10 20.16 0.083 8.37

2). Bei der vergleichenden Süßigkeitsprüfung von Maltit und Saccharose wurde zum Ausschließen des Viskositätsfaktors eine 35%ige Maltitlösung mit verschieden konzentrierter Saccharoselösungen laut nachstehender Aufstellung verglichen:

% Saccharose x²

5 21.01

10 21.01

15 21.01

18 17.28

20 8.63

25 3.67

30 2.83

Die Ergebnisse zeigen, daß die 35%ige Maltitlösung so süß wie eine 25%ige Saccharoselösung ist.
II, Das Nichtkristallisieren.
Maltit ist 100%ig reichlich in Wasser löslich. Sogar eine hochkonzentrierte Lösung von 80% Maltit bildet keine Kristalle, sondern verbleibt in der Form einer viskosen Flüssigkeit. Zudem ist Maltit zur Verhütung der Kristallisation anderer Zucker anwendbar; beispielsweise kristallisiert ein Gemisch von Saccharose oder Dextrose mit Maltit nicht.
III. Der kalorienfreie Nährwert.
Versuche zeigten, daß - während Maltose leicht durch verschiedene Enzyme abgehaut wird - Maltit fast unangegriffen belibt: sein Verlust beträgt nur wenige Prozente. Diese Abbaugrade bestimmte man mit Hilfe folgender Enzyme: (A) einer aus einem Starm der Rhyzopus-Gettung erhaltenen Rohrzucker-Amylase, (B) einem aus dem Schweinepankreas extrahiert Enzyme und (C) eines durch Aussalzen einer selbstlösenden Hafeextraktlösung gewonnenen Enzyme.
Einzelheiten der Vorsuche sind nachstehend angegeben.
1). Enzyme und deren Aktivität; (A) Rohrzuckeramylase aus Rhizopus: (1) MAr 8 E/ml (SA: 120 E/ml) (2) MA: 0,8 E/ml (SA: 12 E/ml) (B) Extraktionsenzym aus Schweinepankreas: NA: 0,17 E/ml (C) Aussalzungsenzym aus selbstlösender Hefeextraktlösung: MA: 0,07 E/ml.
2). Temperatur und Zusammensetzung der Wirklösungen für die Enzyme: (A) Temp. -40°C 1%ige Maltit- oder Maltose-Lösung 5 ml Pufferlösung (0,1 Mol Essigsäure, pH 5,0) 4 ml Enzymlösung 1 ml (B) Temp. -40°C 1% Maltit- oder Maltose-Lösung 5 ml Pufferlösung (0,1 Mol Phosphorsäure, pH 7,5) 4 ml Enzymlösung 1 ml (C) Temp. -35°C 1%ige Maltit- oder Maltose-Lösung 5 ml Pufferlösung (0,1 Mol Essigsäure, pH 6,5) 4 ml Enzymlösung 1 ml 3). Bestimmung der Abbaugrade: Die Reduktionskraft jeder Wirklösung in der Zeiteinheit wurde in Glucosewerten gemäß der Lehmann-Shawl-Methode bestimmt und die erhaltenen Werte wurden als solche der Direktverzuckerung in der Zeiteinheit angesehen.
Abgesehen davon wurde ein Milliliter einer 25%igen Salzsäure jeder Wirklösung zugesetzt, die Mischungen in üblicher Weise während einer Stunde in kochendem Wasser hydrolysiert und dann die Reduktinskraft wieder in der gleichen Weise wie zuvor bestimmt. Die erhaltenen Werte wurden als solche der Totalverzuckerung angesehen. Die Abbaugeschwindigkeit errechnet sich nach der Gleichung: Direktverzuckerungswert Direktverzuckerungswert in der Zeit - in O h 100(%) Totalverzuckerungswert - Direktverzuckerungswert in O h 4). Ergebnisse.

(A) Abbau durch die Rohrzucker-Amylase (A):

Reaktions- MA: 8 E/lm Enzymlösung MA: 0,8 E/ml Enzymlösung

zeit h Abbaugrad von Abbaugrad von

Maltit % Maltose % Maltit % Maltose %

1/4 - 93,5 - 24,2

1/2 5,1 96,8 - 48,2

1 5,6 96,8 1,4 58,3

3 6,0 97,6 1,9 91,4

5 6,0 100,0 2,3 99,4

B). Abbau durch das Pankreasenzym (B):

Reaktionszeit Abbaugrad von

h Maltit % Maltose %

1 - 16,7

2 6,7 27,4

20 8,5 82,1

45 9,05 94,0

120 9,96 98,5

C). Abbau durch das Hefeenzym (C):

Reaktionszeit Abbaugrad von
h Maltit % Maltose %
1 0,9 12,8
2 1,7 24,7
3 3,8 32,0
4 5,5 39,8
5 8,5 45,1
7 12,4 67,0

Maltit hat keinen Kaloriennährwert, da es von den Verdauungsorganen häherer Tiere weder verdaut, noch absorbiert wird. Dies wurde mittels folgender Verzuche an lebenden Kaninchen bewiesen: Die Därme der 24 Stunden zuvor nicht gefütterter Versuchskaninchen wurden an beiden Enden verschlossen, worauf man 50 ml einer 20%igen Maltitlösung oder eine äquimolikulare Menge einer Saccharoselösung injizierte. Nach Ablauf von mehreren Stunden wurden die in den Därmen zurückgebliebenen Mengen Maltit bzw. Saccharose bestimmt. Es wurde gefunden, daß 90% der eingeführten Saccharose durch Absorption und Verdsuung verlustig gegangen waren, wogsgen Maltit keine Verluste zeigte. Letzterez beweist das Unvermögen des Maltits, in den Verdauungsorganen absorbiert und verdaut zu werden. Es wurde zuden gefunden, daß Maltit kein schädliches Reizmittel ist, da die Darmwände, die der Einwirkung des Maltits ausgesetzt waren, keine Unregelmäßigkeiten, z.B.

keinen Blutandrang, zeigten.
Neus Berichts haben übrigens offenbart, daß Xylose und Sorbit, die beide als kalorienfreie Süßmittel galten, tatsächlich den Stoffwechsel unterwerfen worden und somit nicht kalorienfrei wie Maltit sind. Dommach hat Maltit als Nahrungsmittelbestandteil keinen energetischen Nährwert und kann außerden die Schmackhaftigkeit von Lebensmitteln durch Süßigkeit und Fülle verbassern. Aus diesen Gründen ist es wesentlich für die Bereitung kalorienfreier Getränke und Eßwaren.
(IV). Die Feuchtigkeitsszu @okhaltung und Viskosität.
Maltit kann dank seiner bemerkonswerten Fähigkeit zur Zurückheltung von Feuchtigkeit und dank seiner Viskosität als Stabilisator für Aromastoffe, Farbstoffe und andere Zusatzstoffe in Nahrungsmitteln und Getränken dienen. Seine hohe Viskosität (gemessen in Centipoise = Cp) wird nachstehend beispielhaft an seiner 7O%igen Lösung bei verschiedenen Temperaturen gezeigt: °C 22 274 30 167 40 94,5 5° 60, 59 40,3 (V). Die Hitzebeständigkeit.
Die hohe Stabilität des Maltits gegenüber Hitze äußert sich darin, daß beim Erhitzen mit direkten Feuer es keine Verfärbung unterhalb verfä erleidet und lediglich oberhalb 200°C sich leicht verfärbt. Desgleichen wird es beim Kühlen nicht fest.
Wie vorstehend beschrieben, hat Maltit angezessene günstige Eigenschaften und darübarhinaus wegen Fehlens eines Kaloriennährwertes eindeutig diätetische Vorteils als Mittel zum Süßen von Nahrungsmitteln verschiedenen Maltit ist daher geeignet einschließlich ko verschiedenen alkoholfreien Getränken, einschließlich kohlensauren Wässern wie Cola- und Zidergetränken sowie von Milchsäure-Getränken und künstlichen Fruchtsäften, insbesondere deren Konzentraten. Das Ersetzen von Stärkesirup, Traubenzucker oder Rohrzucker in üblichen süßen Getränken durch Maltit bedeutet einen-Ersatz der Gesamtmenge an Kohlenhydraten im Feststoffgehalt der Getränke durch einen kalorienarmen Stoff. Dies'ist nicht nur vom medizinischen und diätetischen Standpunkt, sondern auch zur ,Geschmacksverbesserung sowie Verleihung einer geeigneten Viskosität und Blume der Getränke erwünscht. Dank der Wirkung des Maltitzusatzes können die Getränke ihre an jeden Geschmack angepaßte köstliche Blume erhalten ohne einen unangenehmen Nachgeschmack zu hinterlassen.
In ähnlicher Weise gibt Maltit bel. Anwendung in westlichen und japanischen Sandkuchen und Süßgebäck zuckerfreie Baokwaren mit geringsten Kaloriennährwerten. Gleichzeitig wird die Gefahr der Austrocknung oder Kristallisation, die öfters bei Zuckeranwendung eintritt, durch die Maltitverwendung behoben und hierdurch seine vorteilhaften Eigenschaften der Feuchtigkeitszurückhaltung und des Nichtkristallisierens völlig offenbart. Mit Maltit gesüßte Kekse und andere Süßbackwaren können zur zuckerfreien, kalorienarmen Diliternährung dienen. Darüberhinaus verhindert die gute Hitzebeständigkeit des Maltits eine übermäßige Verfärbung der Süßwaren beim Erhitzen und schützt, sie vor Zersetzung und Verformung beim Abkühlen nach dem Backen Maltit verbessert auch die wirtschaftlichen Erträge durch Verhütung des Geschmacksverlustes und Erhaltung der Nahrungsmittelqualität für eine lange Zeitdauer. Bei Anwendung von Maltit als farblosen Bestandteil zur Bereitung von Gelees und desgleichen kann es wiederum seine Nützlichkeit beweisen, beispielsweise durch Verhütung unerwünschter Verfärbung und des Schwundes der Lebensmittelfarben, durch Erhöhung der feuGhtigkeitszurückhaltenden Eigenschaften, durch Erhaltung des Geschmackstoffes und durch Gewährleistung einer langen Aufbewahrungsdauer.
Beispiele.
A). Herstellung von Na'ltose.
I). Apparative Anlagen und Verfahrensschema.
Auf der beiliegenden Zeichnung ist eine Anlage sur kontinuierlichen Herstellung von Maltose schematisch gezeigt.
Im Rührgefäß 1 wird unter fortlaufender Zufuhr von Stärke und Wasser die Konzentration und das pH der gebildeten Stärkeaufschlämmung eingestellt und die erforderliche Menge an, Verflüssigungsenzym zugesetzt, worauf man die Aufschlämmung in den mit einem Mehrblattrührer ausgerüsteten Verflüssiger 2 pumpt und hier unter kräftigem Rühren solange mit Direktdampf bei gleichbleibender Temperatur erhitzt, bis sie gleichmäßig gelatiniert ist. Die gelatinierte Stärke wird dann in mehreren Verweilbehältern 3,3, die $wecks Aufrechterhaltung einer gleichbleibenden Temperatur mit Temperiermänteln und Temperaturreglern versehen sind, bis zum optimalen D.E. verflüssigt.
Die verflüssigte Stärke wird unter Normaldruck über ein Druckminderungsventil in den Kühler 4 eingelassen und auf etwa 10000 gekühlt, hierauf sofort in den Vakuumkühler 5 eingespritzt und hier bis auf eine festgelegte Temperatur gekühlt, worauf man die Lösung in den ersten Mischer 6 Ubera führt. Das Enzym wird der Lösung fort, laufend entweder am Boden des Vakuumkühlers 5 oder unmittelbar dem Mischer 6 zugeführt.
Wenn die benötigte Gesamtmenge Enzym auf einmal einverleibt wird, pumpt man die Lösung vom Boden des ersten Mischers 6 in das Verzuckerungsgefäß 8, worin die Verzuckerung beendet wird. Wenn dagegen das Enzym in zwei Teilmengen zugesetzt wird, beläßt man die Flüssigkeit zuerst für eine festgelegte Zeit im ersten Mischer 6 und pumpt sie sodann kontinuierlioh vom Boden' dieses Gefäßes in den zweiten Mischer 79 in welchen gleichzeitig der zweite Enzymt eil einläuft. Nach einer gewissen Verweilzeit pumpt man die Lösung in das Verzuckerungsgefäß 8. Eine gründliche Durchmischung und Temperaturregslung in den beiden Mischern 6 und 7 wird mittels wirksamer Rührer sowie Wärmeaustauscher und automatischer Temperaturregler durchgeführt.
II). Angewandte Enzyme.
1). Es dienen als Verflüssigungsenzym α-Amylase, 2). als ß-Amylase ein aus Weizen (gemäß US-Patentanmeldung Nr. 562 528) extrahiertes Enzym, 3). als α-1,6-Glucosidasen wahlweise folgende 3 Enzyme: (P) Pullulanase aus Aerobacter aerogenes (Biöchem.Z.
334. 1961, 79), (J) Enzym aus Pseudomonas emgloderamosa (nach US-Patentanmeldung Nr. 73 326; ATOC 21 262) und (L) Enzym aus Lactobacillus plantarum (nach Japan. Patentanmeldung Nr. 21 364 (7/1967); ATOC 8008).
Die Wirksamkeit dieser Enzyme wurde in folgender Weise bestimmt: 1).α-Amylase.
Eine Lösung, bestehend aus 1 g Kartoffelstärke, 1 ml einer 0,1 M-Essigsäure-Pufferlösung und 8 ml Wasser, wird in mehrere Prüfröhrohen mit einem Innendurchmesser von 18 mm und in gleiche Röhrchen werden je 1 ml Enzymlösung verschiedener Konzentration eingefüllt.
Die gefüllten Röhrohen erhitzt man durch starkes Schwenken in kochendem Wasser, läßt sie nach dem Gelatinieren der Stärke 15 min bei 65°C an der Luft stehen und tut sie zwecks Unwirksammachen des Enzyms nochmals für 10 min in kochendes Wasser. Nach einem 3 min langem Abkühlen in Wasser von 170°C wird in jedes Röhrehen 1 ml einer 0,1%igen Fuchsinlösung zugegeben und die Röhrchen zweimal bei verstopfter Öffnung gekippt. Von den ohne Trübung gleichmäßig gefärbten Lösungen wählt man die Enzymlösung mit der niedrigsten Konzentration aus und betrachtet deren Aktivität alB eine Einheit.
2). ß-Amylase.
Eine Mischung von 5 ml einer 1%igen Lösung löslicher Stärke, 4 ml einer 0,1 M-Essigsäure-Pufferlösung und 1 ml Enzymlösung verschiedener Konzentration wird 30 min bei 40°C erhitzt und der erzeugte redusie rende Zucker in Maltose-Werten bestimmt. Die Wirksamkeit derjenigen Enzymlösung, die 10 mg Maltose ergibt, sieht man als eine Einheit an.
3). α-1,6-Glucosidase.
Man erhitzt 30 min bei 40°C ein Gemisch von 1 ml einer Enzymlösung, 5 ml einer 1%igen Lösung löslicher schleimiger Reisstärke und 1 ml einer 0,5 N-Essigsäure-Pufferlösung (pH 6,0) und gießt 1 ml davon in eine Lösung, enthaltend 0,5 ml einer 0,01 N-Jod-Jodkalium-Lösung und 15 ml einer 0,01 N-Schwefelsäure.
Die Farbe der Mischung schlägt sofort in bläulich-purpur#n um. Nach 15 min wird der Extinktionskoeffizient der Färbung mit Licht einer 620 mµ-Wellenlänge gemessen und der Unterschied zwischen dem gemessenen Wert und dem sofort nach der Umsetzung erhaltenen berechnet.
Die Wirksamkeit einer Enzymlösung mit einem Unerschied von 0,01 betrachtet man als eine Einheit.
III. Stärkeverflüssigung.
Bei den Versuchen 1 bis 3 wird Süßkartoffestärke, bei den Versuchen 4 bis 6 Getreidestärke verwendet.
Die Süßkartoffelstärke verflüssigt man kontinuierlich bei 90°C unter Zusatz von 10 Einheiten α-Amylase je g Stärke und zwar in 1 bis 2 min bis zum D.E. von etwa 1 bis 2%; anscließend wird die Temperatur zwecks Enzymzersetzung auf 120°C erhöht.
Getreide stärke wird durch Erhitzen bei 160 bis 165°C und einem pH 6 ohne Enzymzusatz verflüssigt. Nur das Beispiel 6 führt man unter Zusatz von Oxalsäure in einer Menge, die 0,05% der Stärkemenge äquivalent ist1 und unter kurzen Erhitzen bei 120°C durch Das D.E. stellt man ohne Ausnahme im Bereich von 0,5 bis 2 ein.
IV. Verzuckerungsvorgang.
Soweit die Vorverzuckerung unter Zusatz von α-1,6-Glucosidase und ß-Amylase in zwei verschiedenen Stufen durchgeführt wird (Versuche 2 bis 4), benutzt man in der ersten -Stufe eine Temperatur von 70 bis 6000 und die hitzewiderstandsfähige α-1,6-Gucosidase (L). Um die Stärkeviskosität schnellmöglichst zu erniedrigen, wird das Enzym fortlaufend in den Vakuumktihler 5 eingeführt. Sowohl. die zweite Stufe der zweistufigen Vorverzuckerung (Versuche 2 bis 4), wie auch die einstufige Vorverzuckerung (Versuche 1, 5 bis 7) führt man bei einer Temperatur von 45 bis 509a und e'inem pH 6 unter schneller Durchmischung mit einem leistungsfähigen Rührer durch.
Die durchschnittliche Behandlungsdauer der ersten Stufe der Vorverzuckerung beträgt 20 bis 60 min, - ansonsten im Bereich von 3 bis 4 h.' Bei Jedem Versuch wird die Flüssigkeit in das Hauptverzuckerungsgefäß eingeführt und de Verzuckerung im Chargenbetrieb zu Ends geführt.
Bei Benützung des Enzyms (J) wird die Temperatur auf' 4500: und das pH auf 5,5, - in anderen Fällen dagegen auf 6,0 eingestellt. Die Dauer der Hauptverzuckerung beträgt 2 bis 3 Tage.
Während die Zuckerausbeute unmittelbar nach der Verzukkerung 98% beträgt, erniedrigt sich die endgültige Ausbeute an kristallinem Produkt dank des Reinigungsverlustes auf 95%. Der Maltosegehalt der Versuchsprodukte liegt im Bereich von 92 bis 95%.

Die Arbeitsbedingungen und -ergebnisse sind im Einzelnen aus der nachfolgenden Tabelle I zu entnehmen (unter "B" ist dort ß-Amylase gemeint)* Tabelle I

Beispiel 1 2 3 4 5 6 7

Stärke aus Süßkartoffel Getreide Süßkartoffel

Stäregehalt % 30 30 25 25 25 25 10

Verflüssigungstemp °C 90-92 90-92 90-92 165 165 120 120

Enzym α-Amylase - - Oxalsäure -

D.E. % 1,8 1,5 1,5 0,9 0,8 2 0,5

1. Vorverzuckerungs-

stufe:

Enzymeinheit ß 50 ß 50

@ Stärke P 50 ß 50 1 40 ß 70 I 30 ß 50 ß 50

F 30 L 40 L 50

pH 6,0 6,0 6,0 6,0 5,5 6,0

Temp. °C 45-50 70 60 65 45-50 45-50 45-50

2. Vorverzuckerungs-

stufe:

Enzym - F 40 ß 40 I 50 - - -

pH - 6,0 6,0 5,5 - - -

Temp. °C - 45-40 45-40 45-40 - - -

Einwirkungsdauer h 48 50 48 40 50 50

Matosegehalt % 93-92 93 93-94 90-93 91-98 90 87

B). Maltosehydrierung.

Hydriert wird unter nachstehenden Bedingungen: 1). Der entfärbte und gereinigte Ausgangsstoff der Zuaaimensetzung 96,6 % Maltose 3,0 Malztriose O,,4 Dextrose wird in, Form einer 40 bis 6O%igen Lösung eingesetzt.
2). Als Katalysator dient ein in Alkali entwickeltes Raney-Nickel in einer Menge von 8 bis 10% vom Ausgangsstoff.
3). Bei einer Temperatur zwischen 90 und 10000 werden 2/3 des Wasserstofäquivalents absorbiert;' durch die zuletzt auf 125°C erhöhte Temperatur erreicht man den Gleichgewichtspunkt der Absorption.
4). Der Hydrierdruck liegt zwischen 20 und, 100 kg/cm².
5). Calciumcarbonat wird in der Hälfte der Fälle in einer Menge von 0X3 bis 0,05% vom Ausgangsstoff zugegeben.

Die einzelnen, Bedingungen und Ergebnisse der unter Rühren durchgeführten Hydrierung zeigt die nachstehende Tabelle. Tabelle II

ohne CaCO3 mit CaCO3 %

pH 0,06 0,13 0,25

einge- nicht ein-

stellt gestelzt

pH bei Beginn 4,0-6,2 7,0-7,5 7,3 7,4 7,0

pH en Ende 4,2-3,7 4,3-3,8 4,8 5,7 6,1

nicht umgesetzter

Zucker %- 0,4-1,8 6,2-1,2 0,28 0,28 0,25

Hydrierdauer h 8 - 13 8 - 10 8 8 8

Hydrierprodukt

enthält Sorbit % 7,5 4,6 2,1 1,8 1,6

Maltit 90,8 93,5 95,9 96,2 96,4

sonstiges 1,8 1,9 2,0 2,0 2,0

Aus dem erhaltenen rohen Hydriergemisch wird das Raney-Nikkel entfernt und jedes Produkt konzentriert, entfärbt und mittels Ionenaustausch in üblicher Weise gereinigt.

Claims

Patent an sprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Maltit durch Abbau von ' Stärke mit Amylasen und Reduktion der erhaltenen gereinigten Maltose durch Hochdruckhydrierung, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man (a) eine Stärkeaufschlämmung durch Erhitzen bei Temperaturen zwischen 70 und 180°C völlig gelatiniert und verflüssigt, (b) in die erhaltene auf eine Temperatur zwischen 45 und 600C abgekühlte Stärkelösung eine α-1,6-Glucosidase gleichrnäßig einrührt und einwirken läßt, (c) in das Reaktionsgemisch ß-Amylase einrührt und bis zur Beendigung der ß-Amylolyse einwirken läßt und (d) die erhaltene Maltose nach Reinigung in Gegenwart eines Katalysators bei Temperaturen zwischen 80 und 150°C und einem Druck zwischen 20 und 100 kg/cm² zum Maltit hydriert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - daß man die Verflüssigungsstufe (a) durch Einstellung auf ein pH zwischen 3 und 5 und Erhitzen bei über .

100°C ohne Enzym durchführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verflüssigungstufe (a) unter Zusatz von α-Amylase und Erhitzen auf 95°C durchführt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verzuckerungsstufen (b) und (o ) durch gleichzeitiges schnelles Einrühren der α-1,6-Glucosidase und ß-Amylse und Erhitzen bei.45 bis 55°C vereinigt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnest, daß man die Verzuckerungsstufen (b) und (c) in umgekehrter Reihenfolge durchführt, indem (b 1) zu der auf 45 bis 70OQ abgekühlten Stärkelösung ,die ß-Amylase schnell eingerührt und bis zur Viskositätserniedrigung einwirken gelassen und (c 1) nach Zusatz von α-1,6-Glucosidase die ß-Amylolyse bei'45 bit 60°C beendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man in den Verzuckerungsstufen gleichzeitig zwei oder mehr Arten von α-1,6-Glucosidase mit unterschiedlichem Verhalten anwendet.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Hydrierstufe (d) an jedes Mol Maltose ein Mol Wasserstoff bindet.