Die Starke F a c h z e I t s c h r i f t f U r E r f o r 8 c h u n g, H e r s t e I l u n g u n d V e r w e n d u n g v o n S t a r k e u n d S t a r k e e r z e u g n i s s e n

Shriftleitung: Ernst Rosenbaum, Frankfurt VE R LAG: WIS SENSCHAFTLI C H E VE RLAGSGESELLSCHAFT M. B. H., STUTTGART-S, TOBINGER S TR. 53

J A H R G A N G 2 O K T O B E R 1 9 5 0 H E F T 1 0

BioLP. Enzymatische AktivitZtsverZnderungen im Hafer Von W . D i e m a i r , H. J a n e c k e und J . I d s t e i n

Aus dem Universitacs-Instirut fur Lebensmittelchemie Frankfurt a. M. Mit 8 Textabbildungen und 16 Tabellen

Zu den sinnenphysiologisch wahrnehmbaren Verande- rungen bei der technischen hufbereitung und Lagerung von Hafer gehort neben dem Sauerwerden und Ranzig- werden auch das B i t t e r w e r d e n (1). Der Mechanismus der dabei stattfindenden Umsetzungen wurde in den letz- ten Jahren eingehend verfolgt, und man war geneigt, den Fetten und Fettbegleitsubstanzen (Phosphatiden) eine be- sondere Bedeutung zuzusprechen. Auch die antioxygenen Wirkstoffe des Hafers gegen das Bitterwerden wurden in diesem Zusamrnenhang von der chemischen Seite her na- her beleuchtet. Es konnte experimentell gezeigt werden, dalS die fettantioxygene Wirkung des Hafers in keiner Weise abhangt vom Bitterkeitsgrad. Ober den Chemismus der Vorgange 'ist man sich noch sehr im unklaren, wenn man auch bisweilen zu der Vermutung neigte, dafl bio- chemische Reaktionsablaufe sich daran betciligen konnen. Dies war um so mehr naheliegend, als die gesamten tech- nologischen Mafinahmen bei der Verarbeitung des Hafers solche fermentativ-chemischen Vorgange zu begunstigen oder in irgendeiner Weise zu beeinflussen vermogen. Man braucht nur an die Nag- und Trockenschalung zu denken, die beide eine verschiedene Maflnahme der Praparierung auf der Darre bedingen. Bei der Trockenschalung wird das ungeschalte, bei der Nai3schalung das geschalte Korn er- hitzt. Die isolierende Wirkung der umhullenden Spelzen fallt beim Nackthafer weg, man benutzt daher andere Zei- ten und Temperaturen beim Darren. Allein diese Tat - sachen zwingen zu der Vorstellung, dai3 die im Korn Tor- handenen enzymatischen Wirkstoffe mehr oder minder weitgehend verandert werden. Die verschiedenen Teile des ICorns werden bei gleicher aufierer Einwirkung unter- schiedlich beeinflufit und die verschiedenen Enzymgrup- pen werden je nach ihrer Menge, der Konzentration der Schutzstoff e, dem Wassergehalt und anderen Milieu- bedingungen Aktivitatsveranderungen erfahren. Man kann daher unter Berucksichtigung der verschiedenen Einflug- nahmen folgenden von F . Kiermeier schematisch aufgezeig- ten Reaktionsablauf annehmen. Temperatur- Substrat- Feuchtigkeits-

bedingen

W i r k u n g e n

Veranderung Veranderung Veranderung Veranderung des Enzym- der Aktivstoren der Bindungsart des Substrates kompleses und Inhibitoren des Enzyms

Es liegt nicht fern, einen Zusammenhang zwischen dern Bitterwerden des Hafers c n d seinem Enzymkomplex zu suchen; denn man kann vermuten, dafl die abtrag- liche geschmackliche Veriinderung von enzymatisch be- dingten Reaktionen bzw. Einwirkungen auf den En- zymkomplex selbst zuruckzufuhren sei. Uber Ver- suche in dieser Richtung, d. h. iiber das Schicksal der eiweifispaltenden Enzyme sowie uber dasjenige der Per- oxydasen und der Katalasen in Abhangigkeit von dem in der Schalmullerei eingeschlagenen technologischen Weg sol1 im Nachfolgenden berichtet werden.

E x p e r i m e n t e l l e r T e i l

1. Versuchsmetliodik Bestimmring der proteolytirchen Enzyme: Ein allgemein an-

wendbares Verfahren zur Bcstimmung der Proteasen in Cere- alien ist nicht bekannt. Man kann entweder das Verfl ussigungs- vermogen gegenuber Gelatine bestimmen oder den loslichen formoltitrierbaren N, ferncr die Viskositiit einer abgebauten Gelatinelosung oder aber das Quellungsvermogen. Fur unsere Zwecke wurde die viskosimetrische Bestimmung herangezogcn. Hierzu wurde eine Enzymlosung durch Ausziehen von 25 g Mehl mit 100 ccm Acetatpuffer (pH = 5,O) gewonnen. Die Suspension wird nach Zugabe von einigen Tropfen Toluol im Brutschrank bei 30° C zwei Stunden lang stehen gelassen. Hier- auf wird 10 Minuten lang (2500 U:) zentrifugiert, die Losung durch cin EK-Filter klar filtriert und im Kiihlschrank bei + 3' C aufbewahrt. Die so erhaltenen Rohhaferextrakte waren farblos, verffrbten sich aber schon nach kurzer Zeit und wurden nach einigen Tagen dunkelbraun.

Als Substrat dicnte eine Gelatinelosung, die aus 6 g Blart- gelatine nach dern Auflosen in 20 ccm 0,2 n Acetatpuffer (pH = 5,O) einige Stunden quellen gelassen wurde. Nach Zugabe weiterer 50 ccrn Pufferlosung wird die Gelatine auf dem Was- serbad bei 50' C gelost und auf 100 ccm in Melikolbchen auf- gefullt. Von dieser Substratlosung werden 25 ccm mit 25 ccm Enzymlosung nach dem Erwarmen auf 40' C versetzt, durch ein Jenaer Glasfilter G 2 in das Kugelfallviskosimeter (Hopler), das auf 40° C konstant gehalten wird, filtriert und die Viskosi- tat nach 3 Minuten und folgend nach 30, 60 und 120 Minuten gemessen. Die Viskositatsandcrung, d. h. die Abnnhme der Fall- zcit ist um so grofier, je starker die Enzymaktivitiit ist. Ein Blindversuch wird in gleicher Weise mit einer 15 Minuten lang im siedenden Wasserbad erhitzten Enzymlosung ausgefuhrt und die dabei erhaltene Fallzcitabnahme, die durchweg unter 1 Se- kunde lag, vom Enzymversuch abgezogen".

Die Bestimmrrng der Peroxydase: Die Perorydase iibertragt den peroxydisch gebundenen Sauerstoff aus Wasserstoffsuper-

x. Wenn auch die Viskositatsiinderung nicht proportional J e r Enzymkonzentration ist, so wurde doch diese Wertung Lenutzt, da sehr geringe Blindwerte beobachtet wurdrn.

244 D I E S T A R K E Nr. 10/1950

ccm 02

4

3

2

I .-

oxyd auf oxydierbare Substanzen. Das Enzym ist sehr thermo- stabil. In wiiBrigcr Losung wird es bei eincr Temperatur von 75" C in wenigen Minuten zersturt. Die Bestinimung erfolgte nach dem Verfahren von W . Diemair und H . HuuJer (2), das darauf beruht, daR die Peroxydase von Wasserstoffsuperoxyd- sauerstoff auf einen Lcukofarbstoff, gebildet aus 2,6-DichIor- phenolindophenol und AscorbinsSure, iibertragt. Die intensive Farbung und die gute Reaktionsfiihigkeit des Farbstoffes ermiig- licht einen sehr empfindlichen Nachweis. F. Kierrneier (3) wen- det diese Methode zur Uberpriifung des Blanchierprozesses bei Gemiise an.

Verrud7ranstelhzg: Zur Herstellung der EnzymIGsung wer- den 5 g Mehl unter langsamer Zugabe von 50 ccm 0,2n-Phos- phatputfer vom p H = 6,5 unter Vermeidung von Klumpen- bildung angeschlemmt. Nach 10 Minuten wird der Bodensatz aufgeriihrt. Die Extraktionszeit betr;igt 20 Minuten, die Tem- peratur 20' C. Man filtriert die Losung und bringt 2 ccm (ent- sprechend 0,2 g Hafer) zur Rcaktion. Als Einheit dient die- jenige Menge Farbstoff (angegeben als F. Z. nach W. Diemair und H. Hauller), die durch 1 g Hafer erzeugt wird (= F. 2. aus 2 ccm Extrakt multipliziert mit 5). Der Blindversuch wird mit einem 15 Minuten lang auf siedendem Wasserbad erhitzten Enzymauszug durchgefuhrr und der Wert von dem oben erhal- tenen abgezogen.

Die Bestimmring der Katalase: Die Katalase zerlegt Wasser- stoffsuperoxyd in Wasser und Sauerstoff. Auf dieser Eigenschaft beruhcn auch die verschiedenen BestimmunSsverfahren. Einmal kann dcr gebildete Sauerstoff volumetrisch gemessen werden, oder aber das unzersetztc Masscrstoffsuperoxyd wird titrime- trisch bcstimmt. Da sich das letztgenannte Verfahren nur bei gereinigten Katalascpraparaten anwendcn IfRt, wurde bei den weiteren Versuchen dcr gebildete Sauerstotf gemessen. Hierzu war die Mcthode, wie sie W . Diemair (4) zur Beurteilung von Trotkengemuse angibt, g u t geeignct.

Verrrichsanstellung: In einem 200 ccm fassenden Erlenmeyer- kolben wird 1 g Mehl gegeben. Unter Zugabe von 5 ccm einer Pufirrl3sung schlemmt man an und setzt 50 ccm 1 O/oige Wasscr- stoffsuperoxydlosung hinzu. Wahrend man leicht schiittelt, so da13 sich das Material cben nicht absetzt, wird die Verbindung mit einer Saugflasche hergestellt, die ein in ' iao ccm eingeteiltes Steigrohr enthiilt. Nach Uberschreitung eines festgesetzten Fix- punktes liest man die in Freiheit gesetzte Sauerstoffmenge nach jeder Minute ab. Die Gesaintreaktionsdauer betriigt 5 Minuten, die Reaktionstemperatur 20" C. Zur Ermittlung des Blindwertes wird 1 g Mehl mit 5 ccm Pufferlosung 10 Minuten lang im sie- denden Wasserbad erhitzt. Es wurde zunachst das pH-Wirkungs- optimum bestimmt, das bei p H = 7 festgestellt wurde:

.-

.-

.-

2. Das Verhalten der Enzyme unter Laboratoriums- bedingungen. Die Haferenzyme Geim Keimprozefl

Uber Hafe renzyme liegen wenig Angaben im Schrift- tum vor, dagegen hat m a n sich mit denjenigen bei Wei- Zen u n d Gerste beschaftigt u n d ihre Wirksamkeit beim Keimen studiert . A. Bach, A. Oparin und R. TEihner (5) fanden wahrend des Reifestadiums groBe Schwankungen bei den Proteasen, Peroxydasen und Katalasen und stell- ten fest, dai3 beim Ubergang zur Ruheperiode eine Zu- nahme d e r Proteasen, aber eine Abnahme der Peroxyda- sen u n d Katalasen erfolgt. Beim Keimungsvorgang ist eine Aktivitatssteigerung aller Enzyme zu beobachten, Be- trage um das 2-5fache sind bei de r Peroxydase und Kata- lase festzustellen, bei den Proteasen u m das 20-30fache des Anfangswertes. Ahnlich sind die Beobachtungen von H . Liiers (6);der beim Keimen der Gerste eine Zunahme der proteolytischen Ak t iv i t a t urn das 3fache, derjenigen der Katalase u m das 3-4fache nachwies, wahrend die per- oxydatische Ak t iv i t a t konstant blieb. Beim H a f e r wurde das Vorhandensein von amylolytischen und proteolyti-

40

20

schen Fermenten durch M . Winkel (7) nachgewiesen W. Grimmer (8) untersuchte das Verhaltcn der Hafer- enzyme bei der Magen- und Darmverdauung. Es w a r naheliegend, experimentell zu versuchen, Nsheres uber das Verhalten der Haferenzyme z u erfahren.

Keimungswerstrcb: Der Hafer wurde in iiblicher Weise 24 Stunden lang in Leitungswasser, das stSndig gewechselt wurde, eingeweicht, hierauf in dunner Schicht auf feuchtem Filtrier- papier ausgebreitet und im Brutschrank bei 30' C keimen gelas- sen. Die proteolytischen Enzyme wurden im ruhenden Korn und im 4 Tage lang gekeimten Hafer bestimmt, wahrend die Peroxy- dase und Katalase taglich gepriift wurden. Uber die Versuchs- ergebnisse geben die nachfolgenden Tabellen sowie die graphi- schen Darstellungen AufschluB.

..

"

Tabelle 1

Verhalten der Katalase u n d de r Peroxydase des Hafers beim Keimen

Keimdauer Katalase ccrn 0, Peroxydase F. 2.

RGhhaf er 0,80 76,s 24 Std. geweicht o,s2 75,s 1 Tag 2 Tase

1,08 1,85 4,OO 4,25

83,5 69,7 86,s 71 ,O

6

A54k*.-243d 7T9 2Ege 3Zge 4Zge yead/ ydumt yekeihf yeKZmf gekeihd

Abb. 1. Aktivitatsanderung der Haferkatalase beim Keimen

Abb. 2. Aktivitstsanderung dcr Haferperoxydase beim Keimen

Nr. 10/2. Jd i rg . D I E S T K R K E 245

R d h ~ h 24Sfd IZy 2&e 3 % ~ C ~ F g e w i ~ f ye&&/ y&nt y&eht yekumt

Abb. 3. AktivitStsaderung der Haferkatalase und Haferperoxydase beim Keimen

Tabelle 2

Zunahme der proteolytischen Enzyme nach viertzgigem Keimen

Fdlzeitnbnahme in Sekunden nach ciiier Rcaktioiisdauervoii

a I1 c ~ c b l i n . ?ohtin. 6oMin. i zoMin .

Rohhafer 1 : 4 1 : S 6,25 5,s 12,l 1S,7 2 4 3 Hafer gekeimt 1 : 2 1 : 4 12,50 16,2 22,s 34,O 44,9 1. Verdiinnung 1 : 4 1 : 8 6,25 10,9 16.6 26,4 34,2 2.Verdiinnung 1 : S 1 : 16 3,13 7,7 13,s 22,l 2S,2 2a. Verdiinnung 1 : 10 1 : 20 2,50 6,4 11,4 18,l 23,s 3. Verdiinnung 1 : 16 1 : 32 1,56 4,6 9,s 13,2 1S,4 a = Konzentration des Enzymauszugs, b = Konzentration im Versuchsansatz bei einer Mischung von

c = dern Reaktionsansatz entsprechende Hafermenye. 1 Teil Enzymlijsung mit 1 Teil Substratl6sung,

Wahrend die K a t a 1 a s e nach 4tEgigem Keimen uni das sfache zunimmt, zeigt die P e r o x y d a s e nur ganz geringe Schwankungen, die P r o t e a s e nimmt um das 21/nfache des Anfangswertes zu.

Die Haferenzyme beim trockenen Erhitzen (Darren)

Vor kurzem berichteten C. Weichan und I . Franz (9) uber die Beeinflussung von Fermenten im Hafermehl durch das Erhitzen irn hochfrequenten Feld und klarten die Frage, bei welchen Temperaturen Mehlfermente durch die spezifische Behandlungsart inaktiviert und ob Bezie- hungen zwischen der Fermenttatigkeit und der Haltbar- keit bestiinden. Die Autoren verzichteten auf die Erfas- sung der Amylase und Protease in der Annahme, dai3 diese auf die Lagerfestigkeit keinen EinfluB nehmen und beschrankten sich auf die Untersuchung der Lipasen's, Phosphatasen, Katalasen und Peroxydasen, deren Aktivitat durch trockenes Erhitzen nur unvollkommen herabgesetzt wird. Diese Untersuchungsbefunde decken sich weitgehend mit den nachfolgenden. Bei der trockenen Erhitzung im Darrprozefl sol1 nach M . Winkel (10) das Ranzig- und Bitterwerden verhindert werden gemfa der allgemeinen

") Uber eigene Versuche sol1 an anderer Stelle berichtet werden.

Auffassung, dai3 bei 70' C eine Inaktivierung der Enzyme eintritt. Dieser Auffassung stehen die eigenen experimen- tellen Ergebnisse sowie die spateren von F. Kiermeier (1 1) gegeniiber, der erst bei 177' C im gequetschten Hafer eine allmahliche Inaktivierung der Peroxydase feststellt und bei weiterer Temperaturerhohung eine vollige Zerstorung. Solche hohen Temperaturen bedingen aber bereits so tief- greifende Veranderungen, dai3 eine weitgehende Dextri- nierung und auch Auftreten eines Rostgeschmackes eintritt. Es wurden nun in Anlehnung an die praktischen Mafinah- men der Schilmiillerei Laboratoriumsversuche durchge- fiihrt mit dem Ziel, das Verhalten der Proteasen, Peroxy- dase und Katalase zu iiberprufen. Die Untersuchungen beschrankten sich auf diese Enzymstoffe, weil in orientie- renden Vorversuchen festgestellt werden konnte, dai3 pro- teolytische Enzyme sich am Bitterwerden beim Rosten ein- wandfrei beteiligen. Dieses Bitterwerden hat mit dem be- kannten Ranzig-Bitterwerden durch Lagerung nichts zu tun und die hier gebildeten ,,Bitterstofie" verhalten sich auch anders.

Zur Anwendung kamen ganze, unzerkleinerte Hafer- korner, wie dies auch in der Praxis der Fall ist. Sie wur- den in dunner Schicht in einer offenen Glasschale ausge- breitet, zwei Stunden lang bei den jeweiligen Temperatu- ren gedarrt, hierauf ausgemahlen und die Enzymaktivi- tat im Mehlauszug in bekannter Weise bestimmt.

I Y

20 40 60 80 700 720 OC Abb. 4. AkrivitIrsanderungen der proteolytischen Enzyme,

der Katalase und der Peroxydase beim Darren

Tabelle 3

Das Verhalten der Enzyme beim Darren von luft- trockenem Hafer unter Laboratoriumsbedingungen

Dnrrtemperatur Proteolyt. Enzyme Katalnse Peroxydase Grad C Fallzeitabnnhme in Sck. ccm 0 2 F. z.

Mehlanteil : Rohhafer 7,2

50 14,s so 13,l 95 434

120 0,s

Riickstmd mit Spelzen: Rohhafer S>d 50 13,2 80 0,s 95 0,4

120 0,s

0,46 1,91 1,59 0,91 0,05

0,so 1,18 0,13 0,04 0,03

s1,2 81,2 90,O S6,O 81,s

63,4 65,2 58,s 51,4 38,6

246 D I E S T A R K E Nr. 10/195(?

Wahrend im Rohhafer die p r o t e o l y t i s c h e Wirk- samkeit geringer ist, nimmt diese beim trockenen Erhitzen bis zu 50" C zu, dann folgt a b 80° C eine teilweise irre- versible Aktivierung und bei 120O C ist nur noch eine ge- ringe RestaktivitSt zu beobachten. Das gleiche gilt fur die K a t a 1 a s e , die bis zu 50" C in ihrer Aktivitat ZU- nimmt, um dann langsam abzufallen und bei 110-120' C vollig vernichtet zu werden. Die P e r o x y d a s e zeigt nur geringe Schwankungen und hat bei 120' C fast noch ihre volle Aktivitat.

I m Anschlufi an diese Beobachtungen wurde das Hafer- mehl einer sinnenphysiologischen Untersuchung unterzo- gen und dabei der bittere und ranzige Geschmack nach folgenden Wertmalen festgelegt:

B i t t e r e r G e s c h m a c k : - nicht bitter + bitterer Geschrnack gerade wahrnehrnbar + + deutlich bitter

f + f stark bitter + + + + sehr stark bitter

R a n z i g e r G e s c h m a c k :

- nicht ranzig -j- eben beginnendes Ranzigwerden + -C deutlich ranzig

-t + + stark ranzig

Das Ergebnis ist in Tabelle 4 zusammengefaflt. + i. + -i sehr stark ranzig

Tabelle 4

Das Bitter- und Ranzigwerden von gedarrten Hafer

llnrrternperatur Gcschrnackliche Bcurtcilung G r a d C nnch Clem Darrm 14 Tagc gelngert

bittcr rniizig birtcr rnnzig

Rohhafer - - f -I-++ 50 - - + ++

- A + + - + + + + 80 + ( + I

95 T f

+ + + (+) 120 +++ -

Eindeutig geht daraus hervor, dafl der auf 80'C t r o c k e n erhitite Hafer nach einer Iangeren Tempera- cureinflufinahme einen deutlich bitteren Geschmack auf- weist, dessen Starke bei hoheren Darrtemperaturen zu- nimmt. Dieser bittere Geschmack ist aber von dem ranzig- bitteren (nach langer Lagerung) deutlich zu unterscheiden. E r wird sofort auf der Zunge wahrgenommen, wahrend der ranzig-bittere erst nach langerer Verweildauer auf- tritt und ein unangenehmes Kratzen auf Zunge und Gau- men hinterlafit. Der ranzig-bittere Geschmack war nach 14 Tagen noch nicht sehr deutlich, trat aber beim gemah- lenen Rohhafer schneller ein als beim erhitzten.

I m Gegensatz zur trockenen Erhitzung scheinen sich die Enzyme beim Darren von eingeweichtem Hafer anders zu verhalten, wie dies auch die graphische Darstellung (Abb. 5a) zeigt.

Auch hier ist die proteolytische Aktivitat bei 50' C ge- steigert, um von da ab abzunehmen und bei 9 5 O C vollig irreversibel inaktiviert zu sein. Die K a t a 1 A S e (Abb. 5 b) zeigt auch hier eine Aktivitatssteigerung bei 50" C, eine vollige Inaktivierung bei 8 5 O C. Die p e r o x y d a t i -

zeigt bis 120" C noch 6O"io dcs Anfangsbetrages. Dern- nach ist die Peroxydase zum Unterschied dcr beiden an- deren Enzyme wesentlich hitzeresistenter, und ihre vollige Zerstijrung ist durch die beim DarrprozeR eingehaltene Ternperatur nicht erreichbar. Die Tnbelle 5 gibt Aufschlufl uber die sinnen-physiologisch wahrnehmbaren Verande- rungen des eingeweichten, gedarrten Hafers.

Sekunden 20

8 1 \ Q 4 10 h

I I I I I I j I " I l l 20 LO 60 80 700 720 "c

Abb. 5 ,I. Aktivitatsanderung dcr proteolytischcn Enzyme beim Darren von geweichtcm Hafcr

Abb. 5 b. Aktivitiitsanderung der Katalase beirn Darren von geweichtem Hafer

Abb. 5 c. Akrivititsanderung der Peroxydasc brim Darren von 5 c h e Wirkung (Abb. 5 c) geht von SOo C nb zuruck und geweichtern Hafer

Nr. 10/2. Jahrg. D I E S T A R K E 247

TabelIe 5

Das Bitter- und Ranzigwerden beim Darren von geweichtem Hafer

Darrtemperatur Gcschmackliche Beurteilung nacli ilem Darreri bitter raiizir bitter ranzig

14 Tage gelagert

Rohhafer - - + +++ 50° C - - + ++ 80" C +(+) - ++ + 950 c ++ - +++ +

1200 c +++ - +++ (+) Das Ranzig-Bitterwerden tritt erst spater auf; bei allen

Produkten ist ein leicht malzartiger Geschmack festzu- stellen.

D i e H a f e r e n z y m e b e i m f e u c h t e n E r h i t z e n

Es ist gezeigt worden, da13 die Haferenzyme beim trockenen Erhitzen nur schwer inaktivierbar sind, rascher verlauit die Inaktivierung beim gedarrten aber vorher eingewcihten Hafer, bei dem ein bestimrnter Quellungs- zurtand niitverantwortlich zu sein scheint, der durch das aufgenommene Wasser veranlagt wird. Diese Wasserauf- nahrne bedingt einerseits eine Veranderung des Diffusions- vermogcns und damit eine Verschiebung des Konzentra- tionsgefilles, andererseits aber wird der geschilderte che- mische Reaktionsvorgang verandert und der kolloid- physikalische Zustand beeinflufit. Bei hohen Ternperatu- ren wird geiiistes EiweiU rascher denaturiert als ungelostes und ein wasserhaltiges Kolloidsystem wird anders beein- flul3t als das wasserarmere. Durch das Einweichen eines Hafcrkorns wird der Quellungszustand beeinflufit, wenn auch nur langsam, d a das Wasser nicht schnell durch die rnit Luft gefullten kapillaren Eintrittsoffnungen vordrin- gen kann. Rascher gelingt der Wassereintritt bei Anwen- dung von Dampf oder siedendem Wasser, weshalb i n der Praxis auch das Darnpfen des Hafers mit anschliefiendem Darr en angewendet wird. Diese Behandlung sol1 so langc dauern, bis die Enzymstoffe rnit Sicherheit inaktiviert sind. U m diese Verhaltnisse zu studieren, wurden fol- gende Versuche angestellt:

Kocbversuch: Je 100 g Hafer werden in 400 ccrn siedendem Wasser geweicht und vom Zeitpunkt der ersten Blasenbildung an 5, 10 und 15 Minuten lang gekocht. Hierauf wird das iiber- stehende Wasser abgegossen, der Hafer in ein Sieb gebracht und nach dern Abrropfenlassen des Wassers auf Filterpapier gelegt und zwei Stunden lang bei 105' C getrocknet.

Dumpfversuch: Je 100 g Hafer wurden in einen Rundkolben gebrachr, in den mit Hilfe eines Glasrohres Wasserdampf von 100° C 5, 10 und 15 Minuten lang eingeleitet wird. Nach der Unterbrechung der Wasserdampfbehandlung wird sofort ge- trodtnet.

Diese Versuche waren insofern aufschluflreich, ah die proteolytischen Enzyme, Peroxydase und Katalase schon nach 5 Minuten langer Behandlung bei 100' C vollig in- aktiviert waren. Die sinnenphysiologische Priifung ergab, dafl der gekochte Hafer einen an Rohhafer erinnernden Geschrnack (nicht bitter) aufwies, wahrend der dampf- behandelte einen angenehmen nui3artigenGeschmack zeigte.

V e r s c h i e d e n e H a f e r s o r t e n u n d i h r e E n z y m e b e i m D a m p f e n u n d D a r r e n Zweifellos sind die beobachteten Eigenschaften des H a -

ferkorns rnit scrtenbedingt, worauf schon K. Gneist (12) hinweist und auch zur Haferflockenherstellung Wein-

hafer empfiehlt, da Gelbhafer einen bitteren Geschmack mitbringt und vor allern eine starke Ncigung zum Bitter- werden bci der weiteren Verarbeitung zeigt. Neben der Sortcneigenschaft sind es vor allem die klimatischen Ver- haltnisse, die Bodenbeschaff enheit, die Diingung und die Erntebedingungen, die sich auf die Zusarnrnensetzung der Inhaltsbestandteile verteilen. Ober das Verhalten von Hafer verschiedener Sorten sollen die nachstehenden Ver- suche Aufschlufi geben, fur die Hafer aus drei Saatzucht- giitern zur Verfiigung standen. Die Oberpriifung der En- zymaktivitat erfolgte in der beschriebenen Weise. Gedarrt wurde 2 Stunden lang bei 80' C, die sinnenphysiologische Priifung erfolgte nach 25tagiger Lagerung bei normaler Temperatur.

Tabelle 6

Die knderung der proteolytischen Enzymaktivitiit beim Darren verschiedener Hafersorten bei 80° C

Hafersorte Herkunft Darr- Prorcoly nsche Enzyme Saatgut tcmperatur Fallzcitnbnahrne in Sckunden

Grad C Rohhafer aednrrter Hafer

Weinhafersorten:

Liho M. 72-78 3 3 9,7 Liho W. 72-75 1,6 3 3 Hohenheimer T. 80-83 1,6 473 Hohenheirner M. 79-83 13,O 15,6 Hohenheimrr W. 80-85 1,4 2,6

Gelbhafersorten:

Firlbecks M. 81-83 1 l,o 44,6 Firlbecks W. 78-82 22,4 Flimingsgold M. 80-84 55,O 46,4 Fliimingsgold W. 79-81 3,4 39,2 Ebsdorfer braun M. 83-85 82,6 45,9 Ebsdorfer braun W. 82-85 3,6 32,7

Liho T. 70-74 1,2 3,1

Tabelle 7 Eiweiflgehalt und proteolytische Aktivitac verschiedener

Hafersorten des Gutes M.

Hafersorte EiweiBgcbzlt Proteoiytische Enzyme % Fallzeitabnahme in Sekunden

Rohhafcr gedarrter Mafer

Liho 1 5 , l 398 9,7 Hohenheimer 12,9 i3,a 15,6 Fir1 becks 11,8 1 l,o 44,6 Flamingsgold 12 , l 55,O 46,4 Ebsdorfer braun 12,6 82,6 45,9

Tabelle 8

EiweiDgehalt und proteolytische Aktivitat verschiedener Hafersorten des Gutes W.

Hafersorte EiweiBgehalt Proteolytische Enzyme 0,'O Fnllzeitabnnhme in Sekunden

Rohhnfer gednrrtcr Hafer

Liho 11,3 16 325 Hohenheimer 10,2 134 2,6 Firlbecks 9,8 1,4 22,4 Flarningsgold 994 3,4 39,2 Ebsdorfer braun 10,l 3,6 32,7

Die Anfangsaktivitat der proteolytischen Enzyme ist bei den verschiedenen Hafersorten recht unterschiedlich. Beim Weifihafer ist sie sehr niedrig, bewegt sich aber mit

248 D I E S T A R K E Nr. 10/1950

einer Ausnahme in etwa der gleichen Gro&nordnung. Beim Gelbhafer dagegen liegen die Aktivitfiten des Ha- fers W in der GroUenordnung vom Weifihafer, diejenigen von M aber schwanken zwischen 11 und 82,6, zeigen dem-

der Aktivit;it bei shtl ichen Proben mit Ausnahme dcs Gelbhafers, wo die Aktivitft absinkt. Dcs weiteren f d l t auf. daR eine Beziehung zwischen dem Peroxydase- und

nach eine auffallend hohe proteolytische Wirlkirnkeit. Nach dem Dnrren tritt bei Erhitzung aller Sorten eine Aktivitatszunahme ein, mit Ausnahme von zwei Gelb- hafersorten, die eine sehr hohe Anfangsaktivitat zeigen. Die Tabellen bringen auch die mengenrnaflige Beziehung des Eiweii3gehaltes zur proteolytischen Aktivitat, wobei ein Zusammenhang zwischen Eiweiflgehalt und Enzymak- tivitat zu beobachten ist. Die K a t a 1 a s e a k t i v i t a t ist irn WeiRhafer ziemlich einheitlich, im Gelbhafer da- g:gen auI3erordentlich schwankend, und es zeigt sich, dafi die Abnahrne der Aktivitat durch den DarrprozeU sich grofienordnungsmafiig gleich verhalt (Tabelle 9) .

Tabelle 9

Die Anderung der Katalaseaktividt beim Darren verschiedener Hafersorten bei SOo C

Hnfcrsortc Herkunit Dnrr- I<nralase (; ut tcmpcrntur ccm 0 s

Grad C Rohhafer gcdarrtcr IIafer

Liho r. 70-74 0,92 1,oo Liho M. 72-75 0,93 1,90 Liho w. 72-75 0,54 0,65 Hohcnheimer T. 80-83 0,84 0,38 Hohenheimer M. 79-83 0,a7 0,44 Hohenheimer W. 80-83 0,75 0,42 im Mittel: 0,86 0,80

Firlbedcs M. 81-83 0,42 0,38 Firlbecks W. 78-82 0,46 0,48 FlLmingsgold M. 80--54 1,80 0,49 Fliimingsgold w. 79-81 0,36 0,33 Ebsdorfer braun M. 83-85 1,65 O,45 Ebsdorfer braun W. 82-85 0,44 0,35 im Mittel: 0,55 0,41

Tabelle 10

Die Anderung der Peroxydaseaktivitat beim Darren verschiedener Hafersorten bei 80' C

Hnfcrsorte Herkunft Darr- Peroxydase Gut tcmperntur F.Z.

Grad C Rohhafcr gedarrtcr Hafer

Liho T. 70-74 67,5 92,O Liho M. 72-78 71,O 103,5 Liho W. 72-75 65,O 133,O Hohenheimer T. 80-83 86,O 152,5 Hohenheimer M. 79-83 79,5 83,O Hohenheimer W. 80-85 80,O 142,5 im M i d : 75,O 11 7,5

Fir1 becks M. 81-83 84,O 83,O

Fliimingsgold M. 80-84 88,5 76,O Fllmingsgold W. 79-81 45,O 99,O Ebsdorfer braun M. 83-85 61,O 78,O Ebsdorfer W. 82-85 81,5 150,O

Firlbecks W. 75-82 45,5 111,o

im Mittel: 67,5 99,5

Auffallend ist der P e r o x y d a s e g e h a 1 t durch seine Obereinstimrnung der Mengen beim Weil3- und Gelb- hafer. Nach dem Darren erfolgt eine beachtliche Zunahrne

dem Fettgehalt zu Lestehen scheint.

I

Abb. 6. Fectgehalt und Peroxydaselnderung beim Darren verschiedener Hafcrsorten

Die sinnenphysiologische Priifung 1aRt bei allen Hafer- sorten einen ,,bitteren" Geschmack von gleicher 1ntensit:it erkennen. Nach 25tagiger Lagerung tritt dazu ein ,,ran- zig-bitterer" Geschmack, der beim Gelbhafer intensiver als beim Weiflhafer ist. Es besteht, wie auch schon F . Kiermeier (13) zeigen konnte, ein Zusammenhang zwi- schen peroxydatischer Wirksamkeit und dem Ranzig- Bitterwerden, nach dem Hafersorten mit hohem Peroxy- dasegehalt mehr zum Ranzig-Bitterwerden neigen. Auch bei diesen Versuchen konnte experimentell gezeigt wer- den, daR bei gedampftem und anschliefiend gedarrtem Hafer eine vollige Inaktivierung der drei Enzymgruppen eintritt und die Erzeugnisse einen angenehmen, milden, nugartigen Geschrnack aufweisen.

H a f e r a u s d e r S c h a l m u l l e r e i

Mit den experimentellen Befunden wurde eindeutig be- wiesen, dafi durch eine feuchttherrnische Behandlung eine vollige Inaktivierung solcher Enzymgruppen gelingt, die rnit fur das Ranzig-Bitterwerden verantwortlich sind. Oh und inwieweit diese Beobachtung auch fur die Praxis gilt, sollte durch die Untersuchung von Haferproben ge- klart werden, welche aus einer Hafermuhle in den einzel- nen Bearbeitungsabschnitten gezogen wurden. Zur Ver- fugung standen: Rohhafer (Odenwald-Hafer), Hafer nach dem Dfmpfen dem Siebboden entnommen, Hafer ent- spelzt, Haferkerne 2 min gedarnpft und Haferflocken. Der Rohhafer hatte einen frischen, reinen Geschmack, der nach dern Dampfen mild und nuRartig wurde. Wie die Tabelle 11 zeigt, werden durch das erste Dinipfen sfrnt- liche Enzymgruppen zerstort.

Nr. 10/2. JJhro,. D I E S T A R K E 249

Tabelle 11

knderung der Enzymaktivitat beim Dampfen unter technologischen Bedingungen

~~~~~~~~ ~~

Art der Hnierprobc Prolcolyt. Enzyme Katalase Peroxydase Fnllzeitabnahrne ccm 0 s F. Z.

in Sek.

Rohhafer 40,o 3,22 64,5 Hafer, gedimpft 0,s 0,07 0s Haferkcrne 06 0,05 0,6 Haferkerne, gedimpft 072 0,oo 070 Haferflodren 0,2 0,03 0,o

Die sinnenphysiologische Prufung der Haferflocken, die m t e r verschiedenen Bedingungen gelagert wurden, und zwar im Papierbeutel bei Zirnrnertemperatur, im Glas- behalter dem Licht ausgesetzt und im Dunkeln bei etwa 30" C bei hohem Luftfeuchcigkeitsgehalt, ergab die in Tabelle 12 festgelegten Ergebnisse.

Tabelle 12

Geschmackliche Veranderungen und Katalase- und Perosydaseaktivitat nach 3lizmonatiger Lagerzeit

Art d c r t a g c r u n g Iiaraiase Pcrosydazc Geschmackiiclie der Ilaferflocken ccm 01 F. Z. Bcurteilung

ranzig-bittcr bitter

Normal im Papierbeutel 0,04 0,2 - + In hellem Licht 0,05 0,7 - +++ und hoher Lufrfeuchtigkeit 0,05 0,6 - ++ Im Dunkeln bei + 30' C

Ein Ranzig-Bitterwerden ist in keinem Fall zu beobach- ten, selbst nicht nach 6 Monate langer Lagerung. Eine Re- aktivierung oder Neubildung von Enzymen findet nicht statt. Solche Beobachtungen veranlaaten zur systema- tischen Untersuchung der drei Enzymgruppen unter be- sonderer Berucksichtigung der in der Schalmiillerei ange- wandten Bedingungen. Zu diesem Zweck wurden uns von einem gronen Nahrmittelwerk, dessen Produktionsgang uns im einzelnen nicht bekannt war, die in der Tabelle 13 aufgefuhrten Muster uberlassen, die auf ihre Enzymakti- vitat und auf ihre Lagerfestigkeit iiberpruft wurden.

Tabelle 13

knderung der Enzymaktivitat bei der Herstellung von Hafernahrmitteln und ihre Lagerfestigkeit

Art der Probe Proteolytische Katalase Peroxydase Geschmack Enzyme ccm 0 2 F. Z. nach

in Sek. ranzig Fallzeitabnahme n Monaten

Rohhafer 17,4 0,98 50,O Hafer, entspelzt (A) 9,9 0,62 42,O Hafer, entspelzt (B) 0,2 0,02 6,2 Hafergrutze 0,4 0,06 0,5 ( + I Hafermehl 0,3 0,06 0,7 (+) Kleinflocken 0 2 0,07 0,3 (+) Haf erflocken 0 2 0,05 0,3 ( + I

Auch hier wird augenscheinlich, dai3 samtliche Hafer- erzeugnisse keine aktiven Enzymgruppen aufweisen und dai3 diese beim Herstellungsgang inaktiviert werden. Es zeigen daher auch die Lagerungsversuche, daf3 keine Bitter-

geschmackstoff e sich entwickeln konnen. Bemerkenswert ist hier, daR das game Haferkorn und der Haferkern unterschiedliche Katalase- und Peroxydasemengen enthal- ten, im Gemisch beider aber eine geringe Katalaseaktivitat nachweisbar ist. Es muR daraus geschlossen werden, dafl in den Haferspelzen ein Katalaseinhibitor enthalten ist, so daR bei Entfernung der Spelzen eine Aktivierung der Katalase eintreten mu& wie dies auch von F. Kier- meier (14) bei Sonnenblumenkernen bewiesen wurde.

Tabelle 1 4

Katalase- und Peroxydaseaktivitat im Haferkorn, im Haferkern und in einer Mischung von beiden

Prohe Katalase ccm Oa Peroxydase F. Z. Haferkorn Haferkern Mischunn Haferkorn Haferkern Mischunrr

A. 0,17 3,50 0,62 41,5 50,5 42,O B. 0,05 0,04 0,02 6,s 535 6,2

Oberpruft man die Enzymaktivitat der gedampften und nachfolgend gedarrten Haferkerne, so tritt in Bestatigung der fruheren Beobachtungen eine allmahliche Inaktivie- rung bis zur vollstandigen Zerstorung des Enzyms ein.

Tabelle 15

Anderung der Enzymaktivitat beim Darren und nachfolgendem Dampfen

Ilnfcrprobe Protcolyt.Eiizyrnc 1iat;il:lbe I'croxydaac Bitterer Fallrcitnbnahmc ccm O x F. L. Gcschninck

in Sck.

Rohhafcr 594 1,40 89,O Hafer, gedarrt 4,3 0,65 75,5 Haferkerne 8,7 0,45 48,s ++ nach Auroklav 0 4 0,05 1,2 Hafcrkerne

-

Bereits eine 5 min lange Dampfeinwirkung bei Tempe- raturen von 130-150' C steigend reicht aus, um eine weit- gehende Vernichtung der .Enzymstofie herbeizufuhren, wodurch dann Erzeugnisse erhalten werden, die selbst nach 9 Monate langer Lagerung kein Bitterwerden zeigen. Es traten nur bei den 5 und 10 Minuten lang gedampften Kernen deutliche Ranziditiitserscheinungen auk.

Tabelle 16

Die Anderung der Enzymaktivitat beim Dampfen von Haferkernen (Endtemperatur 150' C).

Haferprobe Dauer Prateolyt. Kata- Bitter- Rniipig- des Enzyme lase wcrdcn werden

Damp- Fallzeit- fens in abnalime Min. Sek. ccm 0, F. Z.

Haferkern, gedarrt 4,6 0,38 48,O +++ + f + Haferkerne, gedfmpft 5 0,O 0,01 0,2 - ++++ gediimpft 10 O,2 O,OZ O,I - +++-t gedfmpft 15 0,O 0,OO 0,3 - ++ gedampft 20 - i- gedlmpft 25 - - gedimpft 30 - -

250 D I E S T A R K E Nr. 1011950

Z u s a m m e n f a s s u n g

Die systeniatischen experimentellen Untersuchungen zeigen, dai3 sich beim Keimen des Hafers die proteolyti- schen Enzyme sowie die Peroxydase und KataIase ebenso verhalten wie diejenigen anderer Cerealien. Beim trodre- nen Erhitzen von Haferkorn bei niederen Temperaturen wird eine Aktivierung dieser drei Enzymgruppen beob- achtet; erhoht man die Temperatur auf 120' C und halt hier mehrere Stunden, so werden die proteolytischen En- zyme und die Katalase irreversibel inaktiviert. Die Pero- xydase erleidet nur eine geringe EinbuBe. Enthalten Hafer- erzeugnisse noch die drei Enzymgruppen in aktiver Form, insbesondere aber Peroxydase, dann neigen sie stark zum Ranzig-Bitterwerden, eine Erscheinung, die besonders beirn Gelbhafer auftritt, der auch eine hohe proteolytische Wirksamkeit aufweist. Die bei verschiedenen Hafersorten durch das Darren bedingte Anderung der Peroxydaseak- tivitat ist weniger von der Hafersorte als von den Wachs- tumsbedingungen und anderen auBeren Einfliissen ab- hangig. Eine Inaktivierung der drei Enzyrngruppen wird durch eine feuchtthermische Behandlung bei 100' C er- reicht und die auf diese Weise hergestellten Hafererzeug- nisse werden nicht mehr ranzig-bitter. Es ist nicht ausge- schlossen, dat3 sie nach Ablauf einer gewissen Zeit und bei unsachgemihr Lagerung ranzig werden; sie werden aber nicht bitter. Dns Rnnzigwerden 1a13t sich verhindern durch Behandlung der Haferkerne mit gespanntem Wasser- darnpf von niindestens 150' C wBhrend 15 min. Es konnte weiterhin experimentell bewiesen werden, daB nebcn dem Ranzig-Bitterwerden, das als Lagerfehler nach langercr Lagerung von Hafer oder Hafererzeugnissen ein- tritt, ein ,,bitterer Geschmack" auftreten kann, der nach dem Darrprozel3 festgestellc wird. Dieser bittere Ge- schmack untcrscheidet sich schon sinnenphysiologisch da- durch von dem ,,ranzig-bitteren", daR er rasch rnit der Zunge wahrnehmbar ist, wshrend der ranzig-bittere Ge- schmack erst nach langerer Verweildauer der Probe auf der Zunge auftritt und sich in einem deutlichen starken Kratzen irn Rachen bemerkbar macht. Die Entstehung die- ses bitteren Geschmackes ist z. T. enzymatisch bedingt, da er sich nur dann einstellt, wenn das ganze Haferkorn ge- darrt wird. Die Bildung des bitteren Geschmackes ist tem-

peraturabhangig und erfolgt bei 70' C langsam, von 105' C ab rascher. Zu Beginn seiner Entwicklung wurde beobachtet, daB die proteolytischen Enzyme und die Ka- talase fast vollstandig inaktiviert sind, wahrend die Pero- xydase noch deutlich aktiv ist. Dieser bittere Geschmack wird durch Verbindungen verursacht, die einen hohen Ei- weii3- und Kohlenhydratgehalt zeigen. (Hieriiber sol1 an anderer Stelle berichtet werden.)

Bei der Durchfuhrung der vorliegenden Arbeit wurden wir freundlicherweise durch die nachfolgend aufgefiihr- ten Firmen durch Oberlassung von Untersuchungsmaterial unterstutzt, wofiir auch an dieser Stelle unser verbind- lichster Dank ausgesprochen sei:

Milupa Pauly G.m.b.H., FriedrichsdorflTs., Schiile-Hohenlohe A.G., PliidershausenlWurtt., Hergertsmuhle, Oberramstadt, Bays. Landessaatzuchtanstalt Weihenstephan, Freising, C. H . Knorr A.G., Heilbronnn am Neckar

Literaturnachweis

(1) K . T'iiufel: Angewandte Kochwissenschaft, 4, Folge 16, 111 (1943). K. Taufel und H . Rothe: Fette und Seifen, 50, 434 (1943). W . Diemair und K. Veib: Biochem. Z., 302, 172 (1939).

(2) W . Diemair und H . Hiitrfler: Z. f. analyt. Chemie, 22, 12 (1941).

(3) F . Kiermeier: DLR., 43, 75, (1947). (4) W. Diemair: ZUL., 88, 58 (1948). (5) A. Bach, A. Oparin und R. Wuhner: Biochem. Z., 180, 363

(6) H . Liiers: Chemie des Brauwesens, Berlin. Verlag P. Parey (1929).

(7) M . Winkel: Der Hafer in seiner Bedeutung fur die Volks- ernahrung und Volksgesundheit, Berlin (1920).

(8) W'. Grimmer: Biochem. Z., 4, 80 (1907). (9) C. Weichan und I . Frunz: DLR., 46, 6 (1950).

(10) M . Winkel: Ioc. cit. (11) F. Kiermeier: Angew. Chemie, 60, 175 (1948). (12) K . Gneist: 2. ges. Getreidew., 20, 49 (1933). (13) F . Kiermeier: Private Mitteilung. (14) F. Kiermeier: loc. cit. und private Mitteilung.

(1927).

Losliche StZrke Von Dr. H e i n r i c h M e y e r , Hamburg

In Hef t 8/1950 dieser Zeitschrift hat 0. Wolf i uber 10s- liche Starke berichtet. Er schreibt dazu auf Seite 199 im 2. Absatz, daB die Mitteilung von Zulkowsky (1) aus dem Jahre 1875 mahrscheinlich die erste Nachricht uber losliche Starke sei. Dem ist aber nicht so.

Bereits 1848 beschreibt Frunz Schulze (2) eine Starke unter der Bezeichnung A m i d u l i n , die in heiBem Was- sere leicht und vollig loslich ist. Er gewann diese Substanz durch Kcchen von Starke mit verdiinnter Schwefelsaure. Auf ihre Stellung zwischen Stfrke und Dextrin wird ausdrucklich hingewiesen.

Be'chimp (3) verogentlichte 1854 eine Abhandlung uber seine Versuche iiber die Einwirkung von Kalilauge, Zink- chlorid sowie verschiedener Sauren auf Starke. Auch er kornmr: zu der Ansicht, dafl die dabei entstehenden Pro- dukte, die in kaltem Wasser loslich sind, Zwischenprodukte

von Starke und Dextrin sind. 1856 ergfnzt er seinen Be- richt durch weitere Mitteilungen iiber polarimetrische Mes- sungen an diesen Umwandlungsprodukten.

Unter dern Titel - 1 s t Sturke in Wasser loslich?" ver- offentlichte Wicke 1859 (5) seine Feststellung, dat3 durch Verreiben von Starke mit Sand und Wasser nur eine Starkesuspension, jedoch keine echte Losung entsteht. Da- gegen behauptet Delffs 1860 (6) auf Grund seiner Unter- suchungen iiber das Verhalten von zerriebenen Starkekor- nern gegen kaltes Wasser, daB das Mikroskop in dem Filtrat keine festen Bestandteile nachweist.

Der Versuch von Zulkowsky (I), bei dem er StBrke rnit Glyzerin anriihrt und erhitzt, ist bereits 1863 von W. Kabsch (7) beschrieben worden, der berichtet, dai3 Er- hitzen von Stfrke rnit Glyzerin die Starke zur Losung bring, und dat3 durch Ausfallen rnit Allcohol losliche