Enzyme zur Herstellung von Saft aus Obst und Gemüse

Novozymes - Enzymprodukte für die
Saftherstellung aus Obst und Gemüse
Frühjahrstagung der BeuthHochschule Berlin am 16. Mai 2014
Albrecht Höhn
Technischer Service Saft & Wein
Novozymes Switzerland AG
 Allg. Informationen über Novozymes
AGENDA
 Was sind Enzyme ?
 Enzymatische Anwendungen bei der Fruchtsaftherstellung
 Resultate, die mit unseren Enzymen erreicht
werden können
 Einige grundsätzliche rechtliche Informationen
zum Themenkreis Enzyme
Allgemeine Infos über Novozymes
 Höchster Marktanteil von allen
Anbietern industrieller Enzyme
(47%)
Globaler Enzymmarkt
2012: ~ 21 Mrd DKK und weiter steigend
Novozymes
Danisco
DSM
Others
21%
6%
Captive
 2013 Umsatz >1,5 Mrd Euro
 Durchschnittliches Wachstum, ca 8%
jährlich
47%
0%
20%
40%
60%
16%
80%
10%
100%
 ~ 14% vom Umsatz wird in F&E
investiert
 Mahr als 6.500 erteilte bzw.
angemeldete Patente
 > 6.000 Angestellte an weltweit 15
Standorten
 Mehr als 700 Produkte werden in 130
Ländern in 30 verschiedenen
Industrien eingesetzt
BioBusiness
Enzyme Business
Household
Care
Food &
Beverages
Bioenergy
Feed &
other Tech.
Microorganisms
Biopharmaceutical
ingredients
3
Wissenswertes über Enzyme
 Enzyme sind keine lebenden Mikroorganismen, sondern
Proteine und wirken als Katalysatoren
 Enzyme sind Biokatalysatoren, welche nachdem sie ihre
Wirkung entfaltet haben, entfernt oder inaktiviert werden
 Enzyme müssen strengen mikrobiologischen und anderen
Schadstoffspezifikationen, gemäss internationalen
Standards entsprechen: WHO, JECFA, FCC, etc.
 Mikroorganismen, die für die Herstellung von
Lebensmittel-Enzymen eingesetzt werden, müssen
generell „GRAS“ sein (=generally recognized as safe)
Was sind Enzyme ?
Enzyme sind:
 Komplexe Proteinmoleküle, die als Biokatalysatoren
agieren, um Reaktionen zu steuern
 Sehr substratspezifisch (Amylasen bauen Stärke ab,
Pektinasen bauen Pektin ab, Proteasen…..)
 Biologisch komplett abbaubar (da Enzyme selbst Proteine
sind)
 Ersetzen zunehmend chemische Stoffe in der industriellen
Verarbeitung
 Arbeiten grundsätzlich unter milden Bedingungen und
helfen, den Verbrauch von natürlichen Resourcen zu
vermindern
Hauptanwendungsbereiche unserer Enzyme
für die Getränkeindustrie
Brauerei ..
Saft.
 Verbesserungen in
der Verarbeitung und
bei der Verwertung
der Rohstoffe
 Höhere Ausbeute und
verbesserte
Prozesstechnik
 Neue Biersorten
 Stabile Säfte und
Konzentrate
 Farbkräftige Buntsäfte
Spirituosen .
 Gesteigerte
Vergärung der
eingesetzten
Rohstoffe
Wein ..
▪Verbesserungen bez.
Verarbeitung und
Weinqualität
Warum werden Enzyme bei der Saftherstellung
eingesetzt
?
Früchte enthalten hochmolekulare Stoffe
(Proteine, Kohlenhydrate), welche den Saftablauf
und die Klärung/Stabilität be- bzw. verhindern
 Stärke
 Pektine
 Hemicellulosen
 Cellulose
 Proteine
Ein Abbau der genannten Substanzen ist nur
enzymatisch möglich !
Proteine/Gerbstoffe usw. werden auch ausgefällt (mit
Bentonit, Gelatine etc.) - aber nicht abgebaut
Generelles Kernobst-Verarbeitungsschema
Äpfel/Birnen
Option für trüben Apfelsaft:
Zugabe von Ascorbinsäure
500 – 700 g/to
Option: Tresterextraktion mit
Pectinex Ultra AFP
Trester
Enzymdosierung in die Mühle
Mühle
Enzym in die
Maische
40-80 ml/t Pectinex YieldMash Extra
oder
50-120 ml/t Pectinex Ultra MASH
Maischestandzeit
Haltezeit: > 30 min.,15-30 °C,
kein Umrühren erforderlich
Saftgewinnung
Presse oder Dekanter
Saft mit ca. 12 °
Bx
Saft mit ca. 12 °
Bx
Pasteurisation
Aromagewinnung
Zentrifuge
Enzymatischer
Stärke- und
Pektinabbau
Konzentrierung
Schönung und
Filtration
Konzentrierung
04/2014
Trübes Saftkonzentrat mit
45-65 °Bx
Lagerung bei < 4 °C
Klares Saftkonzentrat
mit 70-72 °Bx
Lagerung bei < 4°C
20-40 ml/1000 L
Pectinex XXL oder
30-50 ml/1000 L
Pectinex Ultra
Clear
20-60 ml/1000 L
Amylase AG 300L
oder
Amylase AG XXL
Einsatz von Enzymen zum Pektinabbau
Multikomponentensysteme:
Fruchtverfestigung
e.g. Verflüssigung
Depektinisierung
Pectin methyl esterase
Pectin lyase
Fruchtmaische
Polygalacturonase
Fruchtmazeration
Enzymeinatz bei der Fruchtsaftherstellung (1):
Apfelmaischebehandlung – Bedingungen und Ziele
 Hohe Saftausbeuten und trockene Trester
 Optimale Nutzung der Verarbeitungskapazität
 Gezielter Abbau der löslichen Pektine zur Reduzierung der
Saftviskosität
 Problemlose Weiterverarbeitung der Säfte, z.B. hohe
Fluxraten bei der Filtration
Verbesserung der Saftausbeuten
Äpfel mit 12 °Brix
Keine enz. Maischebehandlung:
8 kg Äpfel für 1 kg Konzentrat 72 °Bx
Ausbeute < 75–85% w/w
< 5 t/hr Kapazität
1-stufige enz. Maischebehandlung:
7 kg Äpfel für 1 kg Konzentrat 72 °Bx
Ausbeute 85–89%
> 7 t/hr Kapazität
1. + 2. Maischebehandlung:
6–6.5 kg Äpfel für 1 kg Konzentrat 72 °Bx
Ausbeute > 90%
> 7–10 t/hr Kapazität
Bsp: statt 25,000 to Trester nur ca 5,000 to bei 100,000 to Äpfel
Enzymatische Maischebehandlung
Kein
Umrühren
erforderlich!
Enzym mit
Wasser
ansetzen
1:10
Zur Presse od.
Dekanter
Pectinex® Yield MashExtra
40 - 80 ml/to Äpfel
oder
Pectinex Ultra Mash
50 - 120 ml/to Äpfel
Maischetemperatur: 15° - 30°C,
Haltezeit: 30 - 60 min
Produktion von klaren und stabilen Säften und
Konzentraten
-
MaischeEnzyme
Pectinex
Pectinex
Amylase
Pectinex
YieldMash Extra
XXL
AG XXL
UF
Saftenzyme
Fluxenzyme
13
2. Maische-Enz. gemäss AFPTechnologie
Kondensat 80°C 1:1
200-250 ml/t Pectinex Ultra AFP
Aroma
Saft
Kondensat
Bucher HPX 5005i
 Bandpresse
Dekanter
Varianten der Maischeenzymierung von
Äpfeln…
Kein
Enzym
1st
Maischeenz.
2te
Maischeenz.
AFP
Maische rühren
?
Nein
Nein
Nein
Ja
Presskapazität
to/h
<5
>7
<7
> 7-10 h
Saftausbeute
< 80-85
88-92%
92-94%
>95%
kg Äpfel mit 12 Bx
für 1 kg ASK mit
70 Bx
8.0
7.0
6.5-6.8
5.8-6.2
Saftqualität
OK
OK
OK
OK* wenn
Verschnitt
Investition
-
Maischetank
Maischetank
Maischetank mit
Rührwerk
NZ TS Service
-
-
-
Ja
(%)
Enzymeinsatz bei der Fruchtsaftherstellung (2):
Apfelsaft-Depektinisierung / Bedingungen und Ziele
 Kompletter Abbau aller Pektinstoffe und
hemicellulytischer Substanzen
 Ausreichend hoher Gehalt an enzymatischen Seitenaktivitäten um auch Pektinseitenketten anzugreifen
 Alkoholtest negativ (!)
 Vermeidung von Arabantrübungen im Konzentrat
 Optimale Vorbehandlung der Säfte für alle nachfolgenden
Klärungs- und Filtrationsschritte
Zugabe von Enzymen zur Saftbehandlung
Temperatur: max. 55°
(Heissklärung)
oder Kellertemperatur
(Kaltklärung)
Beispiele:
20 – 30 ml Pectinex XXL/1000 L Saft plus
20 – 30 ml Amylase AG XXL/1000 L Saft
durch Mannloch eindosieren, wenn sich ca. 200 L Saft im Tank befinden,
Mannloch schliessen und Tank weiter auffüllen
Pektin/Alkoholtest im Saft
Saft, Ethanol / 1 : 1
Test positiv
= viel Pektin
positiv
Spuren
Negativ
= kein Pektin
Enzymeinsatz bei der Fruchtsaftherstellung (3):
Beeren / farbige Früchte – Bedingungen und Ziele
 Abbau der Pektine, um Pressbarkeit zu ermöglichen oder zu
verbessern
 Bessere Extraktion von Farbe (Polyphenole/Anthocyane)
 Erhöhte Farbstabilität
 Klare und stabile Säfte und Konzentrate
– kein NTU-Anstieg
 Enzyme: Pectinex® Ultra Color und
Pectinex® BE XXL
Beerenfrüchte / Zusammensetzung
Enzymatic action
Cuticula: Wachse, Fettsäuren
Epidermis
 Dicke Zellwände
 Enthält Tannine und
Anthocyane
 Schwieriger enz. Aufschluss
Fruchtfleischzellen
 Dünnere Zellwände
 Enthalten Zucker, Säuren …
 Leichter enz. Aufschluss
Kerne
 Geschützt durch Cuticula
 Enthalten Tannine
 Kein enz. Aufschluss
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Spezielle Anwendungen
Beispiel: Pectin-Methylesterase
Pektin-Methyl-Esterase (PME)
Pectine esterase
O
OH
OH
O
OH
O
O
O
OH
OH
OH
OH
COOCH3
COOH
O
O
O
O
COOCH3
COOCH3
COOCH3
O
O
OH
OH
OH
Pectine esterase
O
OH
OH
•
•
•
•
OH
O
OH
OH
O
O
O
OH
COOH
COOH
O
O
O
O
COOH
COOH
COOH
OH
O
OH
Enzymgruppe der Carbohydrat-Esterasen
Greift Carboxylgruppen im Pektinmolekül an
Fungale PME (aus Mikropilzen): pH optimum 4,5
Pflanzliche PME: pH optimum > 7
O
OH
OH
Einfluss der Pektinmethylesterase auf die
Festigkeit von Früchten
Pektinmethylesterase
ermöglicht Bildung
einer festeren Struktur
zwischen CalciumIonen und dem
Pektinmolekül
Frucht wird
verfestigt
Enzyme können für eine Vielzahl von
Gemüse-basierten Säften und Purees
eingesetzt werden
Ausbeuteerhöhung in
der Saftproduktion am
Beispiel Sellerie und
Karotten
Natürlicher Süsstoff
aus dem Saft von
Süsskartoffel
Farbextraktion für
natürliche farbstoffe
aus bzw. färbende
Lebensmittel Schw.
Karotten und Rote
Beete
Gemüsesäfte am Beispiel Karotten /
Verarbeitungsbedingungen
 Höherer pH-Wert im Vergleich zu Obst
 Ansäuern sinnvoll, aber nicht immer
erwünscht (Geschmack)
 Mikrobielle Belastung höher im Fall von Wurzelgemüsen
 Pektinasen UND Cellulasen sind erlaubt und erforderlich
 Nicht nur Saftmenge ist wichtig, sondern auch
Farbausbeute, insbesondere bei schwarzen Karotten
Rechtliche Aspekte
Fakten zu Enzymen / Zulassung / GMO
 Enzyme für die Fruchtsaftverarbeitung sind fast ausschliesslich
Prozesshilfsstoffe und müssen daher nicht deklariert werden
 Nur Pektinasen, Amylasen und Proteasen sind in der EU erlaubt,
gemäss Fruchtsaft-Direktive 12/2012, ersetzt 112/2001
 Aufgrund der EU Direktive 98/81 gibt es keine Einschränkung,
ob ein Enzympräparat mit einem traditionellen Mikroorganismus
oder mit Hilfe moderner Gen-Technologie hergestellt wurde
 Mit den Verordnungen 1331/2008 und 1232/2008 wird es
EU-weit einheitliche Regeln für die Bewertung, Zulassung und
Überwachung von Lebensmittelenzymen geben (FIAP).
 Novozymes ist stolz, unseren Kunden die Wahl des
Enzymproduktes zu überlassen, da wir eine sogenannte duale
Produktpalette anbieten können (aus konventionellen MOs und
aus selbstklonierten MOs hergestellt)
Novozymes bietet volle Transparenz !
Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit!
kontakt:
Foodandbeverages@novozymes.com
www.novozymes.com