185471. lajstromszámú szabadalom • Eljárás a diacetil képződésének csökkentésére bor és sör előállítása során
1 185 í71 2 A találmány tárgya eljárás a diacetil képződésének csökkentésére bor és sör előállítása során. Amikor szénhidrát tartalmú szubsztrátot, mint pl. sörcefrét vagy szőlőlét élesztővel vagy más mikroorganizmussal fermentálnak, az alkohol képződése mellett különböző egyéb folyamatok is végbemennek, amelyek nemkívánatos melléktermékek képződését okozzák. Ilyen például a diacetil képződése, amely még kis koncentráció esetén is erős és kellemetlen szagú. Alkoholos italoknak, mint pl. a sörnek és a bornak, így elfogadhatatlan aromájuk és illatuk lehet, ha a diacetiltartalom meghalad egy bizonyos határértéket, amely a sör esetén 0,1 ppm. A diacetil képződése az etano! ipari előállításánál is hátrányos, mert a diacetilt az etanoltól desztillációval nagyon nehéz elkülöníteni. Különösen az abszolút etano! előállításakor jelentkezik a probléma, amikor az etanolt azeotrópos desztillációval benzollal víztelenítik. A diacetil a benzolos fázisban dúsul fel az azeotrópos desztilláció során, így a diacetil és benzol elegyének mennyisége megnő, ami megnehezíti az azeotrópos desztillációnál használt benzol visszanyerését. A sör szokásos erjesztését úgy végzik, hogy a sörcefrét alkalmas élesztőfajtával, pl. Saccharomyces cerevisiae vagy Saccharomyces carlsbergensis, fermentálják. A fermentálást rendszerint két lépésben végzik, azaz egy főfermentációt végeznek, amely normálisan 7-10 napig tart, és egy másodfermentációt — úgynevezett érlelést -, amely 3-12 hétig tarthat. A főfermentáció során a fermentlé szénhidráttartalmának zöme etanollá és széndioxiddá alakul. Az érlelést alacsony hőmérsékleten kevés maradék élesztő jelenlétében végzik. Az érlelés célja többek között az, hogy a nemkívánatos nagy molekulasúlyú vegyületek kicsapódjanak és a diacetil, 2,3- -pentándion, a acetil-tejsav, és a-acetil-a-hidroxi-valeriánsav olyan vegyületekké, pl. diolokká alakuljon, amelyek •nem okoznak aromát és illatot. Például az a-acetil-tejsav és a diacetil végső terméke, a buíándiol, a sörben 500 mg/1 koncentráció alatt nem okoz íz- és zamatváltozást. A sörben található diacetihel kapcsolatban végbemenő enzimatikus és kémiai reakciókat a reakcióvázlat szemlélteti. A diacetil prekurzora, az a-acetil-tejsav a fermentáló élesztőben képződik piruvát és acetaldchid-tiamin-pirofoszfát enzimmel katalizált kondenzációjakor, és a valin bioszintézisének intermedieije. Az a-acetil-tejsav azonban spontán módon is bomlást szenvedhet oxidativ dekarboxilezéssel diacetil képződése közben /( 1) reakcióút/, amely azután a sörben az érlelési folyamat során jelenlevő élesztősejtekben reduktázzal redukálódik. Az a-acetil-tejsav dekarboxilezése hőmérséklettől függő reakció, amely alacsony hőmérsékleten viszonylag lassan megy végbe, míg a diacetil azt követő átalakulása acetoinná és 2,3-butándiollá viszonylag gyorsan bekövetkezik, következésképpen az a-acetil-tejsav és diacetil sörből való eltávolításának meghatározó lépése a diacetil prekurzorának dekarboxilezési reakciója. Hasonlóképpen a 2,3-pentándion és a-acetil-a-hidroxi-valeriánsav eltávolításának meghatározó lépése a 2,3-pentándion prekurzorának spontán dekarboxilezési reakciója. Ahhoz, hogy a r.agymolekulasúlyú anyagok minél teljesebb kicsapódását elérjük, és kitűnő minőségű sört nyerjünk, az érlelést a lehető legalacsonyabb hőmérsékleten, pl. közel 0 °.C-on kell végezni. Ezen a hőmérsékleten néhány hónap kell ahhoz, hogy az acetil-tejsavat teljesen el távolítsuk, és a keletkezett diacetilt az élesztősejtek redukálják. Az érlelési időt azonban csökkenteni lehet, ha a folyamatot valamivel magasabb hőmérsékleten hagyjuk végbemenni, pl. 1-2 hétig 10 °C-on, 1—2 hétig c, 5 C és 1-2 hétig -1 °C-on. Ilyen eljárással meggyorsíthatjuk az acetil-tejsav és a diacetil átalakulását. A meggyorsított sörgyártási eljárásokkal kapcsolatban vetődött fel az acetil-tejsav és a-acetil-a-hidroxi-valeriánsav bomlásának meggyorsítása oly módon, hogy a sört 1(, rövid ideig 60 vagy 80 °C-ra hevítik (1. J. Inst. Brew., 79, 1973, 43-44). Az (1) reakció ezen a hőmérsékleten 4—15 perc alatt befejeződhet. Ilyen durva kezeléssel azonban jelentős mértékű íz- és zamatváltozás következik be. A hevítéses kezelés a szokásos sörgyártó eíjárá- 1 g. sokhoz sem alkalmas, mert nem kényelmes és nem gazdaságos nagy tömegű sört felhevíteni és visszahűteni a főfermentáció és az érlelés között, és mert a hevítés előtt az összes élesztőt el kell távolítani és azután új friss élesztőt kell adagolni a hevítés és hűtés után a diacetil bután- 20 diollá történő átalakításához. A találmány alapja az a felismerés, hogy az acetil-tejsav lassú átalakulása, melyet a reakcióváziat (1) lépése szemléltet, kiküszöbölhető, ha az acetil-tejsav átalakításához enzimeket használunk. Elvileg bármilyen enzim 25 használható erre a célra, amelyik az acetil-tejsav átalakulását okozza. Hasonló eset az acetil-tejsav dekarboxiiezése acetoinná, (4) reakció a reakcióváziaton. Az acetil-tejsav átalakulásának más esetei az izomerizácíós reakciója a keto-j3-hidroxi-izovaleriánsawá (6) 30 vagy redukto-izomerizációs reakciója (5) aj3-dihidroxi-izovaleriánsawá. Mindkét reakcióban a valin prekurzora képződik, A fentiek alapján a találmány szerinti eljárásra az jellemző, hogy a szubsztrátot egy acetil-tejsav átalakító 3‘5 enzimmel kezeljük a fermentáció folyamán. Erre a célra alkalmas enzim például az acetil-tejsav-dekarboxiláz, amely az Aerobacter aerogenes mikroorganizmusból nyerhető. Ezt az enzimet E. Juni írja le a J. Biol. Chem., 195, 1952 715.734 helyen. Előre azonban nem volt meg- 4D jósolható, hogy az enzim használható lesz fermentációs eljárásokban, mint pl. sörcefre fermentációjánál alacsony diacetiltartalmú sörök gyártására. A találmány szerinti eljárás egyik megvalósítási módja szerint az acctil-tejsavat enzimatikusan dekarboxiiezzük 43 acetoinná, aminek eredménye, hogy elkerüljük az erős szagú nemkívánatos diacetil képződését acetil-tcjsavból. Más megvalósítási mód szerint az a-acetil-tejsav diacetíllé való átalakulását elkerüljük, oly módon, hogy a diacetil prekurzcrt acetil-tejsav-reduktoizomeiázzaí vagy -izome- 50 rázzál alakítjuk át /(5) és (6) reakció/. Az eljárást a szokásos sörgyártási eljárással kapcsolatban végezhetjük. Az acetil-tejsav-dekarboxiiázt a főfermentáció vagy az érlelés során adagolhatjuk. Ezen enzim használata lényegesen megrövidíti az érlelést, mert az 55 acetil-tejsav gyorsan dekarboxileződik fermentálható acetoinná anélkül, hogy diacetil képződne. A találmány szerinti eljárás egyik megvalósítási módja szerint az enzimet az érlelés alatt adagoljuk, amikor az acetil-tejsav képződése a főfermentáció alatt lényegében végbement. 50 Kívánt esetben azonban az enzim a főfermentáció előtt vagy alatt is adagolható, amikor a pH magasabb, mint az érlelési folyamatban. Szabad állapotban adagolt enzim helyett hordozón rögzített formában is adagolhatjuk az enzimet, az adago- 55 lést a fermentáció alatt végezhetjük. A hordozón rögzí2
