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DE3204284A1 - Verfahren zur enzymatischen entfernung von sauerstoff - Google Patents

Verfahren zur enzymatischen entfernung von sauerstoff

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DE3204284A1 DE19823204284 DE3204284A DE3204284A1 DE 3204284 A1 DE3204284 A1 DE 3204284A1 DE 19823204284 DE19823204284 DE 19823204284 DE 3204284 A DE3204284 A DE 3204284A DE 3204284 A1 DE3204284 A1 DE 3204284A1
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oxalate oxidase
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Fritz Prof. Dr. 3000 Hannover Heinz
Günther Dipl.-Biochem. Kohlbecker
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Description

  • Verfahren zur enzymatischen
  • Entfernung von Sauerstoff Die Erfindung betrifft ein enzymatisches Verfahren zur Entfernung von Sauerstoff.
  • Sauerstoff verursacht in Getränken und vielen Lebens- und Genußmitteln Farb- und Geschmacksveränderungen bei Lagerung. Zudem wird die Haltbarkeit solcher Lösungen, Emulsionen und Substanzgemischen oder auch einzelnen Verbindungen durch anwesenden Sauerstoff erheblich verringert.
  • Es gibt zwar die bekannten Möglichkeiten, verschiedene Getränke, wie z.B. Wein, Bier, Säfte etc., durch Zusatz von Schwefeldioxid (schweflige Säure) haltbarer zu machen; dieses Verfahren hat aber gesundheitliche Nachteile.
  • Eine Pasteurisation von Flüssigkeiten ist nur solange wirksam, wie der entsprechende Behälter ungeöffnet bleibt. Auch in diesem Falle muß der Zutritt von Sauerstoff verhindert werden.
  • Das gleiche gilt für die sauerstofffreie Abfüllung verschiedener Flüssigkeiten und Feststoffe, z.B. unter Stickstoff-Atmosphäre. Hier muß ebenfalls der nachfolgende Zutritt von Sauerstoff verhindert werden.
  • Eine weitere Möglichkeit der Konservierung von Stoffen ist durch Zugabe von Reduktionsmitteln, wie beispielsweise Ascorbinsäure, gegeben. Jedoch ist auch diese Möglichkeit unbefriedigend, da sich bei Zugabe von Reduktionsmitteln Geschmacks-und pH-Veränderungen ergeben. Zudem muß bei dieser stöchiometrischen, nicht katalytischen Entfernung von Sauerstoff relativ viel Ascorbinsäure zugesetzt werden.
  • Um die vorstehend genannten Probleme zu lösen, wird bereits seit längerer Zeit Glucose-Oxidase zur Sauerstoff-Entfernung benutzt. t)ie Reaktionsgleichung lautet: Diese Anwendung von Glucose-Oxidase überwindet viele der genannten Probleme, schafft aber neue Nachteile.
  • So entsteht bei dieser Umsetzung Gluconsäure, wodurch der Geschmack der jeweiligen Substanz, aus der Sauerstoff entfernt werden soll, verändert wird. Außerdem wird deren pH-Wert gesenkt, so daß oft zusätzlich eine Pufferlösung zugegeben werden muß, um den pH-Wert nicht so tief abfallen zu lassen, so daß das Enzym keine Wirksamkeit mehr zeigt.
  • Das pH-Optimum von Glucose-Oxidase liegt bei pH 5,6. Viele Getränke haben aber von vornherein schon niedrigere pH-Werte, so daß zur Erzielung einer hinreichenden Reaktionsgeschwindigkeit von Glucose-Oxidase erst ein geeigneter pH-Wert durch Zugabe von basischen Stoffen (Laugen) eingestellt werden muß.
  • Somit müssen zugegebene Konservierungsstoffe, wie æ.B. Benzoesäure, in erhöhten Mengen zugesetzt werden, da ihre Wirksamkeit mit steigendem pH-Wert geringer wird. Zugleich mit Sauerstoff wird in Glucose-haltigen Lösungen auch die vorhandene Glucose umgesetzt. Damit wird aber der Geschmack, insbesondere die Süßigkeit verändert. Falls ursprünglich keine Glucose enthalten war, muß sie zugesetzt werden, was die Zufuhr eines universellen Substrats für Mikroorganismen bedeutet. Dadurch wird die Möglichkeit einer unerwünschten mikrobiellen Verunreinigung erheblich gesteigert.
  • Lösungen (z.B. Getränke), Emulsionen und andere Stoffe, z.B.
  • Zahnpasten und Kaugummis, können bei Verwendung von Glucose- Oxidase nicht zuckerfrei gehalten werden. So wird Glucose-Oxidase zwar als Antioxidationsmittel bei zuckerhaltigen Kaugummis verwendet, ihre Verwendung bei zahnschonenden zuckerfreien Kaugummis ist aber unmöglich.
  • Falls eine Lösung pasteurisiert wird, geht die Aktivität der Glucose-Oxidase verloren, da dieses Enzym nicht hitzestabil ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu überwinden und ein neues Verfahren zur enzymatischen Entfernung von Sauerstoff zur Verfügung zu stellen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, indem Sauerstoff in Gegenwart von Oxalat mittels Oxalat-Oxidase zu Kohlendioxid und Wasserstoffperoxid umgesetzt wird: Vorzugsweise wird das entstandene Wasserstoffperoxid nachfolgend mittels Katalase zu Sauerstoff und Wasser umgesetzt: Damit ergibt sich folgende Formel für die Gesamtreaktion: Somit wird also pro Mol Oxalat 1/2 Mol Sauerstoff aus einem beliebigen Medium entfernt.
  • Die Reaktionsbedingungen können innerhalb weiter Grenzen variiert werden. Insbesondere ist die Oxalat-Oxidase sehr temperaturstabil.
  • Ublicherweise wird der Sauerstoff dadurch entfernt, daß in das jeweilige Medium Oxalat-Oxidase eingebracht wird und, sofern kein Oxalat vorhanden ist, solches zugegeben wird.
  • Die Oxalat-Oxidase kann in beliebiger, beispielsweise in Form einer handelsüblichen Lösung eingesetzt werden. Die benötigte Menge ist klein, da das Enzym als Biokatalysator nur in katalytischen Mengen vorhanden sein muß.
  • Die Oxalat-Oxidase kann auch zusammen mit Katalase in oder auf Trägern fixiert sein. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können Mikroorganismen, die Oxalat-Oxidase und gegebenenfalls Katalase enthalten, immobilisiert werden und als Enzymreaktor dienen.
  • Die Zugabe von Oxalat erfolgt beispielsweise in Form von Oxalsäure und/oder ihrer Salze. Die zugegebene Menge richtet sich nach der zu entfernenden Menge an Sauerstoff, Es wäre möglich, in Lösungen eine bestimmte gewünschte Endkonzentration an Sauerstoff durch genau berechnete Oxalat-Zugabe zu erreichen.
  • Zumeist ist eine völlige Sauerstoffentfernung für einen ausreichenden Zersetzungsschutz nicht nötig.
  • Der für die katalytische Wirksamkeit von Oxalat-Oxidase gün--stigste Wasserstoffionen-Konzentrationsbereich liegt bei pH-Werten zwischen 2,5 und 6,5. Da die meisten Fruchtsäfte, Biere und andere Produkte einen sauren pH-Wert zeigen, kann das Enzym direkt in solche Lösungen eingebracht werden.
  • Aufgrund der großen Hitzestabilität der Oxalat-Oxidase sind Temperaturen bis über 800C möglich. Nach unten wird der Temperaturbereich nur durch den Gefrierpunkt der wäßrigen Lösung beschränkt. Eine infolge solcher tiefen Temperaturen oder anderer Umstände herabgesetzte Aktivität kann durch den Einsatz vermehrter Enzymmengen oder durch längere Umsatzdauer bis zu mehreren Wochen ausgeglichen werden.
  • Zumeist wird es nicht nötig sein, reine Oxalat-Oxidase einzusetzen. Präparate mit verminderter Aktivität, die eventuell Katalase enthalten, können wirtschaftlich günstig sein, zumal wenn genügend Zeit für die Entfernung von Sauerstoff zur Verfügung steht. Das ist z.B. bei der Lagerung von Getränken der Fall.
  • Die Oxalat-Oxidase läßt sich generell in allen Systemen einsetzen, aus welchen Sauerstoff entfernt werden soll. Ihr Einsatz ist auch weitgehend unabhängig von der physikalischen Zustandsform des jeweiligen Mediums.
  • a) Zu flüssigen Medien, wie z.B. Wein, Bier und Säften werden Oxalat-Oxidase und Katalase direkt zugegeben. Durch den hier natürlicherweise vorkommenden, in der Regel unerwünschten Oxalat-Gehalt kann sich eine Zugabe von Oxalat erübrigen. Vielmehr wird in diesem Falle bei der Sauerstoff-Entfernung zusätzlich das unerwünschte Oxalat verbraucht.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine Stabilisierung, d.h. eine längere Haltbarkeit, Farb- und Geschmackskonstanz auch nach Anbruch der die Flüssigkeit enthaltenden Gefäße erreicht. Durch die Hitzestabilitat der Oxalat-Oxidase ist eine gegebenenfalls lebensmitteltechnologisch günstige Zugabe vor einer eventuellen Pasteurisation ohne Wirkverlust möglich. Die Getränke werden dadurch sowohl während der Verarbeitung als auch während der Lagerung vor oxidativer Zersetzung geschützt.
  • b) Durch direkte Zugabe von Oxalat-Oxidase, Katalase und Oxalat zu z.B. Mayonnaise kann ein Ranzigwerden verhindert sowie die gelbe Farbe stabilisiert werden. Auch zu Zahnpasten und Kaugummis werden die Agentien direkt zugegeben.
  • c) Auch trockene Nahrungsmittel wie Milchpulver, gerösteter Kaffee und gefriergetrocknete Produkte können gegen oxidative Zersetzung infolge von Sauerstoffzutritt geschützt werden, wenn Oxalat-Oxidase, Katalase und Oxalat zugegeben werden. Es genügt die Zugabe innerhalb der Verpackung in separaten, sauerstoffdurchlässigen Behältern, welche die für die Reaktion nötige Feuchtigkeit beispielsweise in Form von z.B. Agargel enthalten.
  • Es soll darauf hingewiesen werden, daß sich das beschriebene Verfahren auch zur gezielten Erzeugung von Wasserstoffperoxid und/oder Kohlendioxid einsetzen läßt.

Claims (4)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zur enzymatischen Entfernung von Sauerstoff, dadurch gekennzeichnet, daß Sauerstoff in Gegenwart von Oxalat mittels Oxalat-Oxidase zu Kohlendioxid und Wasserstoffperoxid umgesetzt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, aß das entstandene Wasserstoffperoxid nachfolgend mittels Katalase zu Sauerstoff und Wasser umgesetzt wird.
  3. 3. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Oxalat-Oxidase zusammen mit Katalase in oder auf Trägern fixiert wird.
  4. 4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mikroorganismen, die Oxalat-Oxidase und gegebenenfalls Katalase enthalten, immobilisiert werden und als Enzymreaktor dienen.
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