Anwendung von Enzymen in der Stärkeverarbeitung

Enzyme sind Biokatalysatoren, die von lebenden Zellen produziert werden, um spezifische biochemische Reaktionen herbeizuführen, die in vielen Bereichen Anwendung finden, einschließlich organischer Synthese, klinischer Analyse, Pharmazie, Reinigungsmittel, Lebensmittelproduktion und Fermentation. In diesem Artikel stellen wir kurz das aktuelle Verständnis von industriell wichtigen Enzymen in der Stärkeverarbeitungsindustrie vor. In der Industrie wird Stärke zur Herstellung verschiedener Verbindungen verwendet. Einige davon werden chemisch hergestellt, andere hingegen nur durch Enzyme produziert. Stärkeverarbeitungsenzyme werden in zwei Gruppen eingeteilt, basierend auf ihrer Funktionsweise. Die erste Gruppe sind Hydrolasen, die glycosidische Bindungen durch Wasser als Endo- und Exo-Hydrolasen hydrolysieren. Die zweite Gruppe sind Glucanohydrolasen, die eine glycosidische α-1.4-Bindung brechen und neue glycosidische α-1.4- oder α-1.6-Verknüpfungen schaffen.

Bedeutung der Stärke

Stärke ist ein wichtiges Reservekohlenhydrat höherer Pflanzen und kommt in Form von wasserunlöslichen Granulaten vor. Es ist ein heterogenes Polysaccharid, das aus zwei hochmolekularen Einheiten besteht, die Amylose und Amylopektin genannt werden. Diese beiden Polymere haben unterschiedliche Strukturen und physikalische Eigenschaften. Die landwirtschaftliche Biomasse, die Stärke enthält, kann als potentes Substrat zur Produktion verschiedener wichtiger bioaktiver Verbindungen oder Produkte wie flüssige oder gasförmige Brennstoffe, Futtermittelproteine und Chemikalien unter Verwendung von Mais, Weizen, Hafer, Reis, Kartoffeln und Maniok als wichtige Substrate genutzt werden. Stärke als wichtiger Bestandteil der menschlichen Ernährung kann auch chemisch und enzymatisch verarbeitet werden, um eine Vielzahl unterschiedlicher Produkte wie Stärkehydrolysate, Glukosesirupe, Fruktose, Maltodextrin-Derivate oder Cyclodextrine, die in der Lebensmittelindustrie verwendet werden, herzustellen.

Typen von Stärkeverarbeitungsenzymen

Da das Stärke-Polymer eine komplexe Struktur hat, ist die Kombination von Enzymen erforderlich, um es in kleinere Teile zu zerlegen oder oligo-glycosidische Bindungen zu übertragen oder neue Bindungen zu schaffen. Die wichtigen Enzyme, die normalerweise im Bereich der Biotechnologie und auch in der Stärkeverarbeitung verwendet werden, werden als Amylasen bezeichnet. In einer Kategorie werden Stärkeenzyme in zwei Gruppen eingeteilt: a) Hydrolasen, die glycosidische Bindungen durch Wasser auf zwei Arten, endo und exo, hydrolysieren; b) Glucanotransferasen, die eine α-1.4-Bindung brechen und neue α-1.4- oder α-1.6-Bindungen schaffen.

Die meisten kommerziellen Anwendungen von Stärkeverarbeitungsenzymen in der Lebensmittelindustrie sind in Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1. Kommerzielle Stärkeverarbeitungsenzyme. (S. Esmaeili, et al. 2017)

Anwendung	Enzyme
Stärkeverflüssigung	α-Amylase
Stärkesaccharifikation	α-Amylase, Glucoamylase, Pullulanase, Isoamylase, maltogene Amylase
Bäckereiindustrie	α-Amylase
Anti-Staling	α-Amylase, β-Amylase, Pullulanase, debranching Enzyme, branching Enzyme, maltogene Amylase, Glucoamylase, Cyclodextrin-Glucanotransferasen
Cycloamylose-Produktion	α-Glucanotransferasen

Anwendungen von Amylasen

Amylasen haben viele potenzielle Anwendungen in einer Reihe von industriellen Prozessen, einschließlich der Produktion von Glukose und Fruktose zur Herstellung von Sirup, industrieller Ethanolproduktion unter Verwendung verschiedener stärkehaltiger Materialien wie Mais, Weizen und Kartoffeln; Weizmann-Prozess zur Produktion von Aceton und Butanol durch amylolytische und saccharolytische Aktivitäten; Milchsäureproduktion aus Maltose und Dextrose, die aus hydrolysiertem Maisstärke hergestellt wird; die Verflüssigung zusammen mit der Gelatinierung von viskosen Stärkegranulaten in der Zuckerindustrie; in modernen Brotbacktechniken; in der Molekularbiologie; Behandlung von Abwasser aus der Stärkeverarbeitung, usw. Amylasen, insbesondere alkalische Amylasen, werden in Reinigungsmitteln verwendet. Bis zu einem gewissen Grad werden Amylasen auch verwendet, um die diastatische Aktivität von Mehl zu ergänzen und die Verdaulichkeit einiger Futtermittelzutaten zu verbessern.

Literaturverzeichnis

Verwandte Dienstleistungen

Industrielle Enzymproduktion

Verwandte Produkte

Lebensmittel- und Getränkeanwendungen
Gesundheit, Ernährung und Diät

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R.K. Pandey, L. Tewari. Microbial Enzymes involved in starch Processing industries. Scholarly Journal of Biological Science. Vol. 4(1), pp. 1-3, January 2015.
S. Esmaeili, Zohreh Noorolahi. APPLICATION OF STARCH PROCESSING ENZYMES IN FOOD TECHNOLOGY-A REVIEW. September 2017, Carpathian Journal of Food Science and Technology. 9(3):114-127.