Die Nahrung 37 (1993) 4, 364-373

Zur Gewinnung von Ballaststoffpraparaten aus extrahierten Zuckerriibenschnitzeln

G. DONCOWSKI

Deutsches Institut fur Ernahrungsforschung Potsdam-Rehbrucke, Bundesrepublik Deutschland

Zusammenfassung

Es wird die labormaljige Gewinnung von Ballaststoffen aus extrahierten Zuckerrubenschnitzeln durch eine Behandlung mit Peressigsaure (PES) unter Anwendung der statistischen Versuchsplanung zweiter Ordnung untersucht. Zur Optimierung der Praparierung wird der EinfluD der Reaktions- temperatur, der Reaktionszeit und der PES-Konzentration auf die Ausbeute an Alkohol-unloslicher Substanz, den PES-Verbrauch, den Gehalt an Gesamtpektin und Rohprotein, den Weiljgrad und die Wasserbindungkapazitat ermittelt .

Ausgehend von den hierbei erzielten Resultaten wird eine groljere Menge eines sensorisch guten Ballaststoffpraparates aus Zuckerrubenschnitzeln hergestellt, das (bezogen auf Trockensubstanz) 56,1% unlosliche und l6,1% losliche Ballaststoffe, 36,7% Cellulose, 9,7% Hemicellulose-Pentosen und 7,l YO Hexosen, 16,9% Pektin, 11,0% Rohprotein und 1,1% Rohfett enthilt. Als neutrale Saccharidbau- steine werden 36,l YO Glucose, 8,6% Arabinose, 5,8% Galactose, 1 , I % Rhamnose, 0,7% Xylose und <0,5% Mannose gefunden.

Summary

Isolation of dietary fiber preparations from extracted sugar beet pulp

The preparation of dietary fiber from extracted sugar beet pulp by treatment with peracetic acid (PAA) was investigated by application of statistical experimental plans of a second order. The influence of reaction temperature and time and of PAA concentration on the amount of alcohol-insoluble substance, the PAA consumption, the content of pectin and protein, the degree or whiteness and the water bindung capacity was determined and discussed for optimization of preparation parameters.

A dietary fiber product from sugar beet pulp prepared under optimum conditions has good sensory properties and consists of 56.1% insoluble and 16.1% soluble dietary fiber, 36.7% cellulose, 9.7% hemicellulose-pentoses and 7.1 YO -hexoses, 16.9% pectin, 1 1 .O% raw protein and 1.1 % raw fat. Neutral saccharide residues were 36.1% glucose, 8 , l% arabinose, 5.8% galactose, I . I % rhamnose, 0.7% xylose and <@.MYo mannose.

Einleitung

Die vorwiegend aus pflanzlichen Zellwandpolysacchariden bestehenden Ballaststoffe [ 1, 21 erlangten in den letzten Jahren eine zunehmende Bedeutung in der Ernahrungsphysiologie (z. B. [3 - 6]), bei der Untersuchung von Struktur-Wirkungsbeziehungen in der angewandten Grundlagenforschung (z. B. [7-91) und bei der Herstellung von Lebensmitteln (z. B. [ 10 - 121). Zu den wichtigsten Rohstoffquellen fur die Gewinnung von Ballaststoff- priparaten gehoren extrahierte Zuckerrubenschnitzel [ 131. In Riibenschitzeln wurde bei- spielsweise ein Gehalt von 22,S0h Cellulose, 20,0% Pektin, 2,0% Lignin, 7,0% Protein, 1 YO Saccharose, 56,0% Neutral Detergent Fiber und 24,5% Acid Detergent Fiber gefunden. Die Hemicellulosefraktion war aus 2,0% Rhamnose, 16,3% Arabinose, 1,6% Xylose, 0,3%

C) VCH Verlagsgesellschaft mbH, D-69451 Weinheim, 1993 0027-769X/93/0408-0364$5.00 + ,2510

DONCOWSKI: Ballaststoffpraparate aus Zuckerriibenschnitzeln 365

Mannose, 4,2% Galactose und 2,0% Glucose zusammengesetzt [ 141. Extrahierte Riiben- schnitzel konnen wegen ihrer grauen Eigenfarbung und unangenehmen Geruchs- und Geschmacksstoffe nicht ohne Vorbehandlung als Ballaststoffpraparate fur die menschliche Ernahrung verwendet werden. Es wurden verschiedene Verfahren zur physikalischen oder chemischen Reinigung bzw. Bleichung von Riibenschnitzeln vorgeschlagen, beispielsweise ein wirksames Waschen rnit Wasser [15] oder rnit Ethanol [14], die Behandlung mit Sulfitlosungen [ 161, rnit waorigen Bleichlosungen (H202, Alkali- und Metallperoxide, Ammoniumpersulfat, Natriumhypochlorit, Chlor, Chlordioxid) [ 171, rnit alkalischer Wasser- stoffperoxidlosung nach Sulfitvorbehandlung [ 181, rnit Chlorgas im waBrigen Medium [ 191 oder rnit Hypochlorit bzw. Chlorit im sauren Bereich [20]. AnschlieDend wurden die Produkte getrocknet und zerkleinert.

Es sind verschiedene Ballaststoffprodukte aus Zuckerriibenschnitzeln handelsublich; deren Herstellungsweise ist in den meisten Fallen nicht naher bekannt. Zu diesen Produkten gehoren ,,Beta Fibre" der Firma British Sugar Co. [21], ,,Fibrex" der Firma Fibrex AB, Schweden [22], ,,Sinecal" aus der CSFR [23], ,,Duo Fiber" der Firma American Crystal Sugar Co., Moorhead, MN, USA [ 101, ,,Sugar Beet Fiber/Bran" der Firma Canadian Harvest, St. Thomas, Ontario [13] oder ,,Sofalite F 165" der Firma Sofalia, Paris.

Zur Ermittlung funktioneller Eigenschaften und physiologischer Wirkungen von Ballast- stoffen werden Praparate mit definierten bzw. rnit systematisch variierten Parametern benotigt. Aufgrund ihrer unbekannten Vorgeschichte sind handelsiibliche Produkte hierzu weniger gut geeignet. Im Rahmen dieser Untersuchung wird die labormaDige Gewinnung von Ballaststoffen aus extrahierten Zuckerriibenschnitzeln durch eine Behandlung rnit Peressigslure beschrieben. Die Optimierung der Praparierung erfolgt unter Anwendung der statistischen Versuchsplanung zweiter Ordnung.

Material und Methoden

Zuckerrubenschnitzel

Frische industriemal3ig anfallende extrahierte Zuckerriibenschnitzel wurden schnell auf 15 "C abgekuhlt, nach 2 h in Plastebeutel portionsweise eingeschweil3t und bis zur Verarbeitung drei Monate lang bei - 18 "C zwischengelagert.

Durchjihrung der Bleichung

150 g unzerkleinerte Zuckerrubenschnitzel wurden in 240 g Wasser ohne eine pH-Wert-Einstellung temperiert, mit Peressigsaure (PES)-Losung versetzt und unter gelegentlichem Riihren bei einem bestimmten Temperatur-Zeit-Programm gemaD einem statistischen Versuchsplan behandelt. Die verwendete Peressigsaurelosung besal3 eine Konzentration von 41,4%. Nach Beendigung der Be- handlung wurde auf 20 "C abgekiihlt und der Wasserverlust ausgeglichen. Die Schnitzel wurden unter Standardbedingungen uber eine Glasfritte abgesaugt. Das Filtrat wurde zur Untersuchung quantitativ isoliert. Der Riickstand wurde 5mal rnit Wasser (40 "C) gewaschen und dann in 50 Vo1.-%igem Ethanol unter gleichzeitiger Zerkleinerung zur Alkohol-unloslichen Substanz (AUS) aufgearbeitet. Nach Waschen mit 65 und 96%igem Ethanol wurde an der Luft und im Vakuum getrocknet. Die AUS wurde in einer Laborschlagmuhle zerkleinert. Zur Charakterisierung des Gehalts an Gesamtpektin und Rohprotein sowie des WeiDgrads und der Wasserbindungskapazitat wurde die KorngroDenfraktion 0,l bis 0,2 mm eingesetzt.

366 Die Nahrung 37 (1993) 4

Analytische Methoden

Pektin wurde mit der meta-Hydroxydiphenylmethode [24] bestimmt und als Anhydrogalacturonsaure angegeben. Gesamtpektin wurde nach alkalischer Entesterung und Einwirkung eines Polygalactu- ronasepraparates (16 h bei pH 4,5) in Gegenwart von O,5%iger EDTA-Losung analysiert. Vor der Bestimmung der loslichen Pektinfraktionen wurde 16 h bei 20 "C mit Wasser bzw. 0,5%iger EDTA- Losung extrahiert. Der Veresterungsgrad des Pektins mit Methanol wurde nach der Chromotrop- siiuremethode [25] bestimmt.

Vor der colorimetrischen Analyse der neutralen Polysaccharide wurde das pflanzliche Material 5 h bei 100 "C rnit 2 N H,SO, (,,Hemicellulosen") bzw. 3 h bei 20 "C rnit 72%iger H,SO,, gefolgt von 2 h bei 100 "C rnit 2 N H 2 S 0 , (,,Cellulose") hydrolysiert [26]. Der Gehalt an Pentosen wurde nach der Orcinmethode [27] und der an Hexosen nach der Anthronmethode [28] ermittelt. Die Storung der Anthronmethode durch Uronsauren und Pentosen sowie der Orcinmethode durch Uronsauren wird rechnerisch korrigiert.

Die Ermittlung der Zusammensetzung der neutralen Monosaccharidbausteine erfolgte gaschromato- graphisch nach einem ,,Cellulose"-AufschluD als Alditolacetate [29].

Zur Bestimmung des Ballaststoffgehaltes [30] wurde das entfettete Probenmaterial nach Ver- kleisterung zunachst rnit a-Amylase und dann mit einem Proteasepraparat sowie Glucoamylase behandelt. In den Filtraten nach der Enzymbehandlung wurde nach Fallung mit 78%igem Ethanol der losliche Ballaststoffgehalt gravimetrisch bestimmt. Im Ruckstand wurde nach Waschen rnit 78Yigem und 96Yoigem Ethanol, Aceton und Ether sowie Trocknen der Gehalt an unloslichen Ballaststoffen ermittelt. Bei der Berechnung der Ballaststoffe wurden die Anteile an Rohprotein und Asche abgezogen.

Rohprotein wurde nach einer KJELDAHL-Methode (N x 6,25) ermittelt. Der Rohfettgehalt wurde nach WEIBULL-STOLDT [3 I] bestimmt.

Der Gehalt an Peressigsaure (PES) wurde in den Filtraten jodometrisch ermittelt. Der PES- Verbrauch wurde sowohl in g/100 g Schnitzel als auch in O/" angegeben.

Die Wasserbindungskapazitat (WBK) wurde nach der Kapillarsaugmethode bei 20 "C gemessen [32, 331.

Die Bestimmung des WeiBgrades erfolgte in einem Leukometer von Carl Zeiss, Jena, im Vergleich zum Standardfilter 739 (100%).

Tabelle I V,ersuchsplan zur Optimierung der Versuchsbedingungen

EinfluDgroDe Niveau

-U - 1 0 1 dl

X,: Temperatur ["C] 20 34,17 55 75,83 90 X , : Zeit [h] 0,25 7,54 18,25 28,96 36,25 X,: PES-Konzentration [YO] 0,lO 0,464 1,OO 1,536 1,90

PES = Peressigsaure; a = 1,68

Ausgewertete ZieIgroj3en

Y , : Ausbeute an Alkohol-unloslicher Substanz (AUS) [g aschefreie Trockensubstanz/lOO g Schnitzel]

Y,: Verbrauch an PES [g/100 g Schnitzel] Y?: Verbrauch an PES ["h] Y,: Gesamtpektin [g/lOO g Schnitzel] Y,: Rohprotein [g/lOO g Schnitzel] Y6: WeiDgrad [YO], bezogen auf das Standardfilter 739 Y,: Wasserbindungskapazitiit [g H,O/g Trockensubstanz]

DONCOWSKI: Ballaststoffpraparate aus Zuckerrubenschnitzeln 3 6 1

Opt imierung der Peressigsaure wirkung

Die Ermittlung gunstiger Bedingungen der PES-Wirkung auf Rubenschnitzel fur die Herstellung eines Ballaststoffpraparates erfolgte durch eine komplexe Optimierung der ausgewahlten Parameter Reaktionstemperatur (A',), Reaktionszeit ( X , ) und PES-Konzentration ( X , ) gemal3 einem Versuchsplan nach BOX-HUNTER [34]. Die Wirkung dieser 3 EinfluBgroBen wurde auf 5 Niveaus gepriift. Unter diesen Bedingungen betragt der Achsenabstand cf 1,68. Es sind 20 Versuchskombinationen notwendig, die in einer zufalligen Reihenfolge abgearbeitet wurden [ 3 5 , 3 6 ] . Die Bedingungen fur den Zentralversuch (55 "C; 18,25 h; 1 % PES) wurden nach den Ergebnissen von Vorversuchen festgelegt. Der Versuchsplan ist in Tab. 1 dargestellt.

Ergebnisse und Diskussion

Vorbemerkung

Bei der Verwendung von Zuckerrubenschnitzeln als Ballaststoffpraparat fur den Einsatz in der menschlichen Ernahrung mussen verschiedene Voraussetzungen erfullt sein. Die Produkte sollen ein ansprechendes Aussehen und gunstige sensorische Eigenschaften besitzen. Der Gehalt an Zellwandbestandteilen als wesentliche Komponente der Ballaststoffe sollte moglichst hoch sein. Dem Gehalt anderer wertgebender Inhaltsstoffe ist Auf- merksamkeit zu schenken. Wesentliche funktionelle Eigenschaften mussen vorhanden sein bzw. erhalten bleiben. Weiterhin mussen eine toxikologische Unbedenklichkeit gegeben und die gewunschten physiologischen Wirkungen vorhanden sein.

Im Rahmen dieser Studie wird die Wirkung von Peressigsaure bei der Behandlung extrahierter Zuckerrubenschnitzel auf ausgewahlte ZielgroRen systematisch untersucht, namlich auf die Ausbeute, auf den Gehalt der funktionell und physiologisch wichtigen Ballaststoffkomponente Pektin und den Inhaltsstoff Protein sowie auf die Wasserbindung als funktionelle Eigenschaft und den WeiRgrdd als sensorische Eigenschaft. Weiterhin wird der Verbrauch an PES wahrend der Einwirkung verfolgt.

In weiteren Untersuchungen wird eine toxikologisch-physiologische Bewertung eines derartigen Ballaststoffpraparates an Ratten vorgenommen [37].

Peressigsaure ist ein chlorfreies Bleichungsmittel, das in H,O, und Essigsaure zerfallt und die Umwelt nicht belastet.

Als Ausgangsmaterial fur die Untersuchungen wurden entzuckerte Rubenschnitzel eingesetzt, die aus der industriellen Zuckergewinnung stammen. Die Schnitzel wurden sofort nach der Extraktion in Plastebehalter gefullt und unter flieRendem kalten Wasser abgekuhlt. Maximal 2 h spater waren sie bei - 18 "C eingefroren. Es sollte eine Zwischentrocknung der Schnitzel vermieden werden. Versuche mit sofort bzw. nach einer Zwischenlagerung bei - 18 "C mit PES behandelten Schnitzeln zeigten praktisch keine Unterschiede in den untersuchten Parametern. Die Schnitzel wurden vor der PES-Behandlung nicht zerkleinert. Dadurch ist zwar das Eindringen des Bleichungsmittels erschwert, aber die Produkte sind bei der weiteren Aufarbeitung besser handhabbar.

Nach der PES-Behandlung ist die flussige Phase gut abtrennbar. Deren Menge liegt in Abhangigkeit von den Versuchsparametern zwischen 135 ml und 160 ml. In der flussigen Phase wird ein pH-Wert zwischen 3,8 und 4,3 gemessen. Der pH-Wert ist am kleinsten nach Zusatz groRerer Mengen an PES und steht damit offenbar in direktem Zusammenhang zur Freisetzung von Essigsaure. Auf refraktometrischem Wege wird ein Trockensubstanz- gehalt zwischen 0,2 und 1,0% gemessen.

368 Die Nahrung 37 (1993) 4

Bei einern aui3erhalb des statistischen Versuchsplanes durchgefiihrten Kontrollversuch (55 "C; 2 h; ohne PES) wurden 135 ml Filtrat erhalten, dessen pH-Wert 5,90 betrug und dessen Trockensubstanzgehalt (refraktometrisch) praktisch Null war. Bezogen auf 100 g Rubenschnitzel wurden hier 13,58 g AUS, 2,151 g Gesamtpektin und 1,627 Rohprotein isoliert.

Opt im ier ung m it tels statist ischer Versuchsplanung

Die Festlegung des Versuchsraumes und der Zentrumsversuche (0; 0; 0) (Tab. 2) erfolgt auf der Grundlage von Vorversuchen, wobei logische und praktische Aspekte einbezogen werden. Es wurde darauf geachtet, darj sich sinnvolle Versuchskombinationen ergeben. Die Anzahl dieser notwendigen Versuchskombinationen und der Achsenabstand c1 (Tabelle 1) hiingen von der Anzahl der EinfluBgroBen ab und sind durch den Versuchsplan vorgegeben.

Als erstes werden die multiplen quadratischen Regressionsfunktionen berechnet, die den Zusarnmenhang zwischen der jeweiligen ZielgroDe und den EinfluBgroOen beschreiben. Fur die ZielgroDe ,,Ausbeute" ( Y,) lautet diese Funktion beispielsweise

Yl = 10,07209 + 0,09682X1 - 0,00080X~ + 0,05929X2 + 1,99926X3

- 0,00081X1 . X , - 0,03045X1 . X , - 0,03745X2 . X3.

Das BestirnmheitsrnaB (B) von 95,84% zeigt eine recht gute obereinstimmung zwischen den gernessenen und den berechneten Werten. Mit Ausnahme der WBK (B = 83,7%) wird bei den untersuchten ZielgroDen ein BestimmtheitsmaB urn oder uber 90% gefunden.

Tabelle 2 Zentral zusammengesetzter Faktorenplan und Ergebnisspiegel der statistischen Versuchsreihe

Nr. Planmatrix Zielgro5en - Antwortmatrix

x1 xz x3 y, YZ y3 Y4 ys Y6 y7

1 - - - 13,2 2 + - - 12,7 3 - + - 13,2 4 + + - 12,2 5 - - + 13,6 6 + - + 12,o 7 - + + 13,O 8 + + + 10,4 9 - a 0 0 13,4

10 + a 0 0 10,5 1 1 0 --c( 0 13,l 12 0 + a 0 12,8 13 0 0 - a 12,9 14 0 0 + a 12,7 1 5 0 0 0 12,8 1 6 0 0 0 12,7 1 7 0 0 0 13,O 1 8 0 0 0 12,9 1 9 0 0 0 13,O 2 0 0 0 0 13,O

0,135 0,151 0,142 0,192 0,231 0,458 0,334 0,636 0,157 0,414 0,O 13 0,270 0,O 3 6 0,505 0,241 0,24 1 0,260 0,236 0,23 1 0,270

70,5 78,5 74,O

32,3 72,O 52,5

38,O

100

100

100 3,22

65,2 87,l 64,2 58,l 58,l 62,8 57,O 55,7 54,8

2,15 1,56 54,5 10,9 1,92 1,5 1 49,2 10,5 2,17 1,54 55,l 11,2 1,87 1,47 46,8 10,4 2,24 1,67 60,2 10,4 1,83 1,42 55,l 8,75 2,14 1,48 76,l 11,4 1,46 1,32 50,7 6,69 2,08 1,62 58,l 8,97 1,47 1,35 47,8 7,29 2,34 1,60 53,8 10,1 2,02 1,55 59,3 11,2 2,13 1,64 49,2 1 l,o 2,07 1,52 70,8 11,5 2,04 1,58 63,4 10,8 2,08 1,57 63,6 10,2 2,26 1,55 63,3 10,5 2,03 1,57 63,l 10,4 2,22 1,57 64,6 10,7 2,lO 1,52 64,l 10,3

EinfluDgriiDen X , bis X , und ZielgroDen Y1 bis Y7 siehe Tab. 1

DONGOWSKI: Ballaststoffpriparate aus Zuckerriibenschnitzeln

I 2.61: 50.312117.4:

2.07- 39.67- 96.66-

1.54- 2896- 75.83-

1.00- 18.25- 55.00-

0.46- 1.54- 34.17 -

-0.07- -3.17 - 13.34-

-0.61--13.88' -7.49

369

2.0

1.0

0.0

-1.0

-2.0

-

-

-

-

-

Xi 3.0r

'X1

0.25 0.75 1.25 1.75 2.25 2.75 -3.01 ' ' ' ' " ' ' ' " '

y4

Abb. 1 Kammlinienkoordinaten fur die Zielgrolje Gesamtpektin (Y,) [g/lOO g Schnitzel] (X, = Temperatur ["C]; X, = Reaktionszeit [h]; X, = Peressigsaurekonzentration [%I)

Als nachstes wird eine Kammlinienanalyse nach HOERL [38] auf der Grundlage der Regressionsfunktionen durchgefuhrt. Dabei werden alle moglichen Kombinationen der EinfluDgroDen entlang der Kammlinie berechnet. Weiterhin werden diejenigen Kom- binationen berechnet, bei denen die ZielgroDe Maximal- bzw. Minimalwerte (Extrem- werte) annimmt. Fur die ZielgroDe ,,Gesamtpektin" ( Y4) sind die Kammlinienkoor- dinaten in Abb. 1 dargestellt. Aus diesen Darstellungen kann abgelesen werden, mit welchen optimalen X-Werten ein bestimmter Y-Wert erzielt werden kann. Die Werte am Maximum und Minimum sind in Tab. 3 zusammengestellt. Demnach ist eine maximale Ausbeute an Ballaststoffpraparat zu erwarten, wenn die Reaktionstemperatur mit N 35 "C relativ niedrig und die Behandlungszeit mit -8 h noch recht kurz ist, wahrend eine

Tabelle 3 Werte am Maximum und Minimum gemalj der Kammlinienanalyse

Zielgrolje Maximum Minimum

Y Xl x2 x3 Y X l x2 x3

Y,: Ausbeute an AUS 13,7 35,6 8,3 1,55 10,2 86,7 23,2 1,31 Yz: Verbrauch an PES 0,679 76,5 23,s 1,68 0,058 56,6 2,38 0,52 Y3: Verbrauch an PES (109,O) 88,9 22,l 1,24 12,l 43,2 1,06 1,16 Y,: Gesamtpektin 2,32 42,3 433 1,50 1,33 88,6 22,6 1,23 Y,: Rohprotein 1,67 36,7 4,96 1,42 1,29 86,8 21,3 1,37 Y,: Weiljgrad 74,9 37,6 25,7 1,71 43,O 87,7 24,9 0,81 Y,: Wasserbindungs- 12,l 57,O 18,4 0,09 6,48 88,4 21,l 1,24

kapazitiit

Erlauterungen vgl. Tab. 1

370 Die Nahrung 37 (1993) 4

PES-Konzentration um 1,5% eingesetzt wird. Unter ahnlichen Bedingungen werden auch die hochsten Gehalte an Gesamtpektin und Rohprotein gefunden. Zur Erzielung eines optimalen WeiDgrades sollte die Temperatur unter 40 "C und die Reaktionszeit uber 25 h bei einer PES-Konzentration von etwa 1,7% betragen. Der Verbrauch an PES ist in g/lOOg Schnitzel dann am groDten, wenn sowohl Reaktionszeit und -temperatur als auch die eingesetzte PES-Konzentration hoch sind. Andererseits wird nur wenig verbraucht, wenn die Reaktionszeit kurz und der PES-Zusatz gering sind. Bezuglich des prozentualen PES-Verbrauchs ergeben sich naturlich andere Zusammenhange. Die WBK ist am hochsten in Gegenwart kleiner PES-Konzentrationen und kurzer Reaktions- zeiten.

Im allgemeinen wird angestrebt, ein Maximum oder Minimum einer ZielgroDe zu erreichen. Maximale Werte sind bei der Priiparierung von Ballaststoffen aus Zucker- rubenschnitzel beispielsweise fur die Ausbeute, den Pektingehalt, den WeiDgrad oder die WBK erwunscht. Da im allgemeinen mehrere ZielgroDen nicht in gleicher Weise durch die EinfluDgroDen beeinfluDt werden, mu13 eine gewisse Wichtung erfolgen. Dadurch ist es nicht moglich, alle EinfluDgroBen optimal wirken zu lassen.

Falls eine der berechneten optimalen EinfluDgroBen aus praktischen Griinden nicht eingehalten werden kann (z. B. eine zu lange Reaktionszeit), wahrend die anderen bereits giinstig sind, kann eine weitere Anpassung uber die Funktionen am Maximum bzw. Mininum erfolgen (Abb. 2). Hierbei bedeutet beispielsweise, daB fur die Kurve XI die Werte zwischen dem unteren und dem oberen Niveau (und dariiber hinaus) variiert werden, wiihrend X , und X , konstant rnit den Werten des Maximums eingesetzt sind. Die Kurven zeigen auch, daD der WeiDgrad in einem weiten Bereich sowohl mit der PES-Konzentration als auch mit der Reaktionszeit zunimmt. Die Bleichwirkung steigt dagegen mit der Reaktionstemperatur nur bis etwa 30 "C und fallt dann ab.

y6 80 -

20 -

10 - -3.0 -2.0 -1.0 0.0 1.0 2.0 3 h xi

-249 13.34 I 31.17 5!bO ' 7 i83 ' 96166 11j.49x'

-13.88 -3.17 754 ' la'2S ' 20.96 35.67 5d.38X:

'

I

I

, , I

-0.61 -0.07 0.07 0.46 1.00 1.54 2.07 , 2.bl x 3

Abb. 2 Funktionen am Maximum fur die ZielgroDe WeiDgrad ( Y6) in %, bezogen auf das Standardfilter 739 ( X , = Temperatur in "C; X , = Reaktionszeit in h; X , = Peressigsauekonzentration in YO)

DONGOWSKI: Ballaststoffpraparate aus Zuckerrubenschnitzeln 371

Tabelle 4 Kontrollexperimente zur Uberprufung des Modells

Versuch EinfluB- Ausbeute ( Y , ) Gesamtpektin ( Y4) WeiDgrad ( Y6) -

groDe ber. gem. [YO] ber. gem. [YO] ber. gem. [Yo]

1 X , = 25 13,l 12,6 96,2 1,94 1,90 97,9 53,9 54,3 100,7 x, = 20 X , = 0,5

x, = 5 x, = 1,2

2 X , = 40 13,5 13,3 98,5 2,27 2,19 96,5 58,4 57,7 98,s

3 X I = 65 12,6 12,l 96,O 1,96 2,02 103,l 59,7 61,l 102,3 X , = 8 X , = 1,7

ber. = berechnet; gem. = gemessen

Uberprufung des Modells

Zur Uberprufung des Modells werden zusatzliche Kontrollexperimente durchgefuhrt. Die experimentell bestimmten Werte sind in Tab. 4 den mit den quadratischen Gleichungen berechneten ZielgroRen gegeniibergestellt. Es wird eine gute Ubereinstimmung gefunden.

Charakterisierung ekes EaIast~~o~praparQtes aus ZuckerrubenschnitzeEn

Ausgehend von den Ergebnissen der statistischen Versuchsplanung wurde eine groRe Menge an Ballaststoffpraparat aus entzuckerten Rubenschnitzeln hergestellt, die u. a. fur toxikologische Untersuchungen eingesetzt wurde [37]. Es wurden 15 Teile NaRschnitzel in 24 Teilen Wasser 16 h bei 40 "C mit 1,5 Teilen der Peressigsaurelosung behandelt. Die Ausbeute an AUS betrug 13,28% (bez. auf aschefreie Trockensubstanz). In Tab. 5 ist die chemische Zusammensetzung dieses Praparates zusammengestellt. Es besteht zu 72,2% aus Ballaststoffen, die vorwiegend in unloslicher Form vorliegen. Wesentliche Bestandteile sind Cellulose (- 36%), Hemicellulosen (- 17%) und Pektin (- 17%). Als neutrale Monosac- charidbausteine der Polysaccharide dominieren Glucose und mit Abstand Arabinose sowie Xylose.

Die WBK dieses Praparates betragt 8,87 g H,O/g und der relative Weirjgrad 65,0%. Weiterhin sind in Tab. 5 aus der Literatur Daten uber die Zusammensetzung und einige

Eigenschaften von handelsublichen Ballaststoffpriiparaten aus Zuckerrubenschnitzeln (,,Fi- brex", ,,DuoFiber", ,,Sinecal") sowie von Laborpraparaten zusammengestellt. Hierbei ergibt sich bei einzelnen Kennwerten eine gute Ubereinstimmung, wahrend bei anderen deutliche Unterschiede aufgefunden werden. Zweifellos spielen fur die Variationsbreite sowohl die uneinheitliche chemische Zusammensetzung der verschiedenen Zuckerriibenschnitzel als auch die unterschiedlichen Herstellungsweisen der Ballaststoffpraparate eine wesentliche Rolle.

Die Untersuchungen belegen, daR Peressigsaure ein geeignetes und wirksames Mittel zur Herstellung von Ballaststoffpraparaten aus extrahierten Zuckerrubenschnitzeln ist.

372 Die Nahrung 37 (1993) 4

Tabelle 5 Charakterisierung des unter optimierten Bedingungen bereiteten Ballaststoffpraparates aus Zuk- kerrubenschnitzeln (BZ) im Vergleich mit Angaben aus der Literatur (Angaben bezogen auf Trockensubstanz)

Praparat BZ Fibrex DuoFiber Sinecal [221 [I01 ~ 3 1

MICHEL et al. [I41

Pektin, gesamt [YO] Pektin, H,O-loslich [ O h ]

Pektin, EDTA-loslich [YO] Veresterungsgrad [YO]

HC-Pentosen [%I HC-Hexosen [YO] Hemicellulosen [YO] Cellulose(-Hexosen) [%I Lignin [%I Gesamtballaststoffe [YO] Unlosliche BS [YO] Losliche BS [YO] NDF [%]

(Roh-)Protein [YO] (Roh-)Fett [YO] Mineralstoffe/Asche [%] Saccharidzusammensetzung Glucose [%I Galaktose [%] Mannose [YO] Arabinose [YO] Xylose [%] Rhamnose [%]

ADF [Yo]

16,9 0,84 0,39

9,68

43,O

7,08 I6,7 36,l

72,2 56,l 16,l

-

- -

11,o 1,lO 5,02

36,l 5,82

< 0,50 8,62 0,66 1,12

25 - - - -

- 31 20 4

80 - 22-25 -

-

11 0,3 3 -4

20" 5,5" 1,O"

1,5" 2,O"

20 a

26,9 24,7 - -

21,5-23 - - - -

- 26 - 32 22 - 24

1-2 - -

-

50,5 - 51 24,5 - 25

7-8

7,5 - 12

24,2 - 26

-

4,4 -4,6 0,3 - 0,4

16,7 - 17,2 1,5 1,9-2,2

Wasserbindungskapazitlt [g Wasser/gl 8,87 Relativer WeiSgrad [YO] 65,O Energiegehalt [kJ/g] -

5b 4,3a.b 6,9' 24-32b - - - -

- - 2,64 < 2

HC = Hemicellulosen; BS = Ballaststoffe; NDF = Neutral Detergent Fiber; ADF = Acid Detergent Fiber; a Angaben aus Firmenkatalogen; Wasserhaltekapazitat [g Wasser/g]; Quellfahigkeit [g Wasser/g]

Fur die Durchfuhrung der Ballaststoffanalyse wird Frau Dr. G. STOOF und fur die gaschromatogra- phische Saccharidanalyse Herrn Dr. J. SCHLIEMANN und Frau A. SCHIRACH gedankt.

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Dr. G. DONGOWSKI, Deutsches Institut fur Ernahrungsforschung, Arthur-Scheunert-Allee 114- 116, D-14558 Bergholz-Rehbriicke, Bundesrepublik Deutschland

Eingegangen 15. Juni 1992