<Desc/Clms Page number 1>
WERKWIJZE VOOR HET MAKEN VAN EEN FRUCTOSESTROOP RIJK AAN
FRUCTOSE
Deze uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het maken van een fructosestroop, die minstens 93, 5 gewichtspercent op droge stof aan fructose bevat.
Fructose is een suiker die een grotere zoetkracht per gewichtseenheid heeft dan saccharose en als zoetmiddel in onder andere voeding-en genotmiddelen en farmaceutische preparaten toegepast kan worden. Bovendien heeft fructose een hogere oplosbaarheid en is het minder viskeus dan saccharose.
Het is bekend dat klassieke methoden, zoals de enzymatische isomerisatie van glucose bekomen door hydrolyse van zetmeel of zoals de zure of enzymatische hydrolyse van saccharose, stropen geven die slechts hoogstens 50%, gewoonlijk 40 ä 50%, fructose bevatten.
Omwille van de vele voordelen van fructose t. o. v. glucose of saccharose, heeft de industrie steeds veel moeite gedaan om methoden op punt te stellen voor het verkrijgen van fructosestropen die meer dan 50% fructose bevatten. Een klassieke manier om zulke stropen te verkrijgen, bestaat erin de fructose chromatografisch te scheiden van de andere koolhydraten aanwezig in de stropen, bekomen vanuit saccharose of zetmeel. De chromatische scheidingstechniek is een dure techniek en gaat gepaard met verliezen aan fruccose. Dit maakt dat deze fructosestropen die meer dan 50% fructose
<Desc/Clms Page number 2>
bevatten, relatief duur zijn.
Naast het winnen van fructose uit saccharose of zetmeel, kan men fructose ook verkrijgen uit fructaan-houdend materiaal zoals cichoreiwortels, aardpeer-en dahliaknollen en bloembodems van artisjok.
Zulke werkwijze voor het verkrijgen van fructosestropen rijk aan fructose uit aardpeerknollen, is beschreven in US-A-4, 421, 852. Inuline wordt uit de aardpeerknollen geëxtraheerd met warm water. De bekomen oplossing wordt geconcentreerd en gezuiverd bij middel van ultrafiltratie. Vervolgens ondergaat ze een enzymatische hydrolyse met inulinase. Het hydrolysaat wordt vervolgens geconcentreerd en gezuiverd door ultrafiltratie. Met deze werkwijze bekomt men fructosestropen die minstens 60 gew. % fructose bevatten. In dit octrooi wordt verder gesteld dat het mogelijk is om met deze werkwijze stropen te bekomen die 75-90% fructose bevatten, doch dit wordt echter niet geillustreerd met een voorbeeld.
Volgens de aanvraagster kan men met deze werkwijze geen stropen met 90% fructose bekomen en zal men verdere aanrijkingstechnieken moeten aanwenden.
Een andere werkwijze voor het verkrijgen van fructosestropen rijk aan fructose uit fructaan-houdend materiaal, zoals de cichoreiwortel, is beschreven in het document "Production and use of inulin : Industrial reality with a promising future" door L. De Leenheer, Carbohydrates as Organic Raw Materials Vol III, 1996, blz. 67-92. De cichoreiwortels worden behandeld met warm water om de inuline te extraheren. De inulineoplossing ondergaat dan een hydrolyse bij middel van een inulinase met zowel endo-als exo-activiteit van NOVO (Fructozyme @): er wordt gewerkt bij een pH = 4, 5 en bij 62 C. De alzo bekomen fructosestroop
<Desc/Clms Page number 3>
bevat minstens 85% fructose.
Dit product wordt gecommercialiseerd door ORAFTI (TS) onder de naam Raftisweet < F85/75, zie de productfiche 06/95 die door TS verdeeld wordt.
Om nog hogere fructose gehalten te bekomen, is men aangewezen om de hogervermelde chromatische scheidingsmethoden toe te passen, wat vrij complex is en het product bijgevolg duurder maakt.
Het doel van deze uitvinding is een werkwijze te brengen voor het maken van fructosestropen rijk aan fructose, die de nadelen van de werkwijzen van de stand techniek vermijdt en die toelaat zulke stropen rechtstreeks uit fructaan-houdend materiaal te winnen.
Te dien einde, hydrolyseert men, volgens de uitvinding, een fructaan-houdend materiaal bevattende fructanen met een gemiddelde polymerisatiegraad (PG) van minstens 20.
Inderdaad, de aanvraagster heeft gevonden dat, indien men fructaan-houdend materiaal waarin de fructanen een gemiddelde PG van minstens 20 hebben, hydrolyseert dat men dan rechtstreeks fructosestropen kan bekomen die minstens 93, 5 gewichtspercent op droge stof fructose bevatten.
Bij voorkeur bedraagt de PG minstens 25. Men kan stellen dat hoe hoger de gemiddelde PG is, hoe hoger het fructosegehalte zal zijn.
Het is voordelig om fructosestropen te maken die minstens 95%, bij voorkeur minstenrs 96%, fructose bevatten.
Zulke stropen genieten de voorkeur in de dieet wereld.
Met"fructaan"bedoelt men hier iedere verbinding waarin een of meerdere fructosyl-fructose bindingen de
<Desc/Clms Page number 4>
meerderheid van de bindingen uitmaakt, zie document"Glossary of fructan term" (A. L. Waterhouse et al., Science an Technology of Fructans Blz. 1-7 (1993), hierbij opgenomen als referentie).
Onder "hydrolyse 11 wordt verstaan een "volledige hydrolyse 11, t. t. z. het te hydrolyseren product is maximaal gesplitst in monomeren bij het einde van de reactietijd. In het geval van fructanen wil dit dus zeggen dat zij nagenoeg volledig omgezet worden tot fructose en glucose en einde reactietijd is het moment waarop het fructose-gehalte niet meer merkelijk toeneemt.
Onder "gemiddelde polymerisatiegraad (PG)"wordt verstaan de gemiddelde polymerisatiegraad (dan) berekend, na hydrolyse, als volgt :
EMI4.1
Het gaat hier dus om een aantalsgemiddelde, zie tevens het hogervermelde document van L. De Leenheer, dat hierbij opgenomen wordt als referentie.
Het is voordelig om in de werkwijze van de uitvinding fructanen van het type inuline of levaan te gebruiken ; inuline en levaan bestaan hoofdzakelijk uit fructosyl-fructose bindingen van het type respectievelijk beta- (2- > l) en beta- (2- > 6), zie tevens het document geciteerd in de voorgaande alinea.
De inuline kan natuurlijk zijn of kan bekomen worden met micro-organismen. Natuurlijke inuline heeft gewoonlijk een gemiddelde PG die ligt tussen 3 en 60 of zelfs nog hoger. Die PG is afhankelijk van de soort plant, de ouderdom, de duur en voorwaarden van bewaring, alsook van het eventuele extractieproces. Inuline kan gewonnen worden uit
<Desc/Clms Page number 5>
bijvoorbeeld cichorei (Cichoreum intybus), dahliaknollen (Dahlia variabilis), aardperen (Helianthus tuberosus) en bloembodems van artisjok (Cynara scolymus). Inuline kan eventueel ook geëxtraheerd worden uit genetisch gemodificeerde planten. Een werkwijze voor het genetische manipuleren van planten is bijvoorbeeld beschreven in W094/14970. De gemiddelde PG van de fructanen bekomen uit zulke planten, overschrijdt gemakkelijk 10000.
Een inuline dat geschikt is om gebruikt te worden in de werkwijze van de uitvinding is bijvoorbeeld een inuline dat een gemiddelde PG heeft van 27 en gecommercialiseerd wordt onder de naam SIGMA met referentie I-2255, I-3754 en I-2880 naargelang de inuline geëxtraheerd is uit chicorei, dahlia of aardpeer.
Een ander natuurlijk inuline, geschikt om gebruikt te worden in de werkwijze van de uitvinding is een inuline dat geëxtraheerd is uit cichoreiwortels en gecommercialiseerd wordt door ORAFTI onder de naam Raftiline HP. Dit product bestaat voor minstens 99, 5% uit inuline met een gemiddelde PG van minstens 23, zie de productfiche 04/96 die door TS verdeeld wordt. Een werkwijze voor het maken van dit product is beschreven in de octrooiaanvraag W096/01849. Volgens dit document vertrekt men van een inulineoplossing die geëxtraheerd werd uit cichoreiwortels bij 65 C. Die inulineoplossing wordt dan in een metastabiele toestand gebracht en vervolgens snel afgekoeld. Dan voegt men kiempartikels van inuline toe en na verloop van tijd bekomt men in de oplossing een gefractionneerde neerslag van inuline.
Deze neerslag wordt gescheiden van de oplossing door filtratie en vervolgens gewassen en gedroogd. Dit product is vrij van onzuiverheden en heeft een gemiddelde PG van minstens 20.
<Desc/Clms Page number 6>
Het is duidelijk, dat de neergeslagen gefractionneerde inuline, na het wassen, als zodanig onmiddellijk kan ingezet worden in de werkwijze van de uitvinding.
De gemiddelde polymerisatiegraad van inuline geproduceerd door micro-organismen kan oplopen tot 60000. Zulk een inuline wordt, bijvoorbeeld geproduceerd van saccharose door Aspergillus sydowi conidia in aanwezigheid van L-cysteine zoals beschreven in het artikel "Characterisitcs and applications of a polyfructan synthesized from sucrose by Aspergillus sydowi conidia" (T.
Harada et al., Food Hydrocolloids, Vol. 7, no. l, blz 23-38 (1993) ). Het verkrijgen van bacteriële inuline bij middel van fructosyltransferase van Streptococcus Mutans is beschreven in het artikel "Genetic and antigenetic comparison of Streptococcus mutans fructosyltransferase and glucan-binding protein" (J. Aduse-Opoku, FEMS Microbiology Letters 59, blz.
279-282 (1989)).
Levaan komt in de natuur hoofdzakelijk voor in grassen, doch de winning van levaan uit deze grassen wordt niet industrieel toegepast. Levaan wordt voornamelijk bekomen door micro-organismen, bijvoorbeeld uit saccharose bij middel van de Bacillus subtils levansucrase zoals beschreven in het artikel "Modification of the transfructosylation activity of Bacillus subtilis levansucrase by solvent effect and sitedirected mutagens" (R. Chambert et al., A. Fuchs (Ed. ) Inulin and Inulin-contianing crops, blz 259 (1993) ). Vanzelfsprekend kan men levaan ook extraheren uit genetisch gemodificeerde planten, zoals hoger reeds vermeld voor inuline.
Het fructaan-houdend materiaal wordt in oplossing gebracht alvorens het te hydrolyseren. Het is wenselijk om een oplossing te bereiden van 5-25% DS, bij voorkeur van 10-
<Desc/Clms Page number 7>
20% DS. Het is van belang dat men er voor zorgt dat de fructanen volledig in oplossing zijn.
Het volledig hydrolyseren van fructanen is op zichzelf voldoende gekend.
De hydrolyse kan gebeuren langs chemische weg onder invloed van een geschikt organisch of anorganisch zuur, bijvoorbeeld fosforzuur, zwavelzuur, zoutzuur of oxaalzuur.
Het is dan wel aan te raden om fructaan-houdend materiaal te gebruiken waarin de fructanen een gemiddelde PG hebben van minstens 30. Er kan gewerkt worden bij een temperatuur van 60 tot 90 OC en bij pH 1, 5 tot 2, 5. De reactietijd variëert van 2 tot 24 uren.
De hydrolyse kan echter ook in neutraal tot licht zuur milieu in contact met een enzymepreparaat gebeuren.
Indien men een inuline-houdend materiaal heeft, dan gaat de voorkeur naar een enzymepreparaat met inulinaseactiviteit en/of alpha-galactosidase-activiteit. Dergelijke enzymepreparaten zijn bekend en kunnen onder andere verkregen worden uit culturen van Penicillium, Aspergillus, Fusarium, Kluyveromyes, Candida of Saccharomyces. Het is wenselijk de enzymatische hydrolyse met inulinase toe te passen, zoals beschreven in het hogervermelde document van L. De Leenheer.
Indien men levaanhoudend materiaal heeft, dan gebruikt men bij voorkeur een enzymepreparaat met levanaseactiviteit, zoals bijvoorbeeld verkregen uit culturen van Penecillium, Kluyveromyes of Saccharomyces.
De enzymatische hydrolyse voert men bij voorkeur uit bij een temperatuur van 58 tot 64 OC en bij pH 4 tot 5. Men voegt 1 tot 20 enzyme-eenheden (NOVO methode) toe per gram DS inuline in de oplossing, bij voorkeur 2 tot 3 eenheden. De reactietijd duurt dan respectievelijk 50-2, 5 uren en 25-20 uren.
<Desc/Clms Page number 8>
Het is evident dat wanneer men fructanen heeft die een relatief hoge PG hebben, bijvoorbeeld hoger dan 50, in het bijzonder fructanen bekomen met micro-organismen, dat het dan aangewezen is om het aantal toegevoegde enzyme-eenheden te verhogen, bijvoorbeeld te verdubbelen, en/of de reactietijd aan te passen.
Het is evident dat de fructaanstroop bekomen na de hydrolyse, indien nodig, vervolgens gedemineraliseerd en ontkleurd wordt. Deze technieken zijn op zichzelf gekend.
Eventueel kan men de oplossing nog indampen om een stroop te bekomen met een welbepaald gehalte aan droge stof.
De huidige uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van het volgend voorbeeld van een werkwijze voor het maken van een fructosestroop bevattende minstens 95% fructose, zonder tot de daarin beschreven uitvoeringsvorm beperkt te zijn.
De grondstof is inuline, geëxtraheerd uit cichoreiwortels en gecommercialiseerd door ORAFTI onder de naam Raftiline z HP. Deze inuline bevat meer dan 99, 5% op DS inuline met een gemiddelde PG van minstens 23. Men maakt een oplossing van 15% DS. Vervolgens stelt men de pH van de oplossing in op 8, 5 en verwarmt men gedurende 20 minuten bij 100 OC om de inuline volledig op te lossen. De heldere oplossing koelt men dan af tot 65 C. Vervolgens verlaagt men de pH tot 4, 5 en voegt men 2, 4 eenheden Fructozymes van NOVO toe per gram op DS inuline. Deze enzymes laat men dan werken gedurende 20 uren bij een temperatuur van 60 C. Op het einde van de hydrolyse wordt de oplossing nog gekookt gedurende 2 minuten.
De fructosestroop alzo bekomen wordt vervolgens gedemineraliseerd en ontkleurd volgens de gebruikelijke methoden. Tenslotte dampt men de stroop verder in om een stroop van 75% DS te bekomen.
<Desc/Clms Page number 9>
Men heeft de samenstelling van de bekomen fructosestroop bepaald bij middel van HPLC (High Pressure Liquid Chromatografie). De resultaten staan vermeld in tabel 1. Ter vergelijking werd tevens een fructostroop volgens de stand van de techniek geanalyseerd, namelijk het product gecommercialiseerd door ORAFTI onder de naam Raftisweet F85/75. De resultaten staan eveneens vermeld in tabel l.
Tabel 1
EMI9.1
<tb>
<tb> Fructosestroop <SEP> Fructosestroop
<tb> bekomen <SEP> met <SEP> de <SEP> bekomen <SEP> met <SEP> de
<tb> werkwijze <SEP> volgens <SEP> de <SEP> werkwijze <SEP> volgens
<tb> uitvinding <SEP> de <SEP> stand <SEP> van <SEP> de
<tb> techniek
<tb> Raftisweet <SEP> z <SEP> F85/75
<tb> POLYSACCHARIDE <SEP> % <SEP> carbohydraat <SEP> op <SEP> DS <SEP> % <SEP> carbohydraat <SEP> op <SEP> DS
<tb> Fructose <SEP> 95, <SEP> 1 <SEP> 85
<tb> Glucose <SEP> 4, <SEP> 4 <SEP> 13
<tb> F2 <SEP> 0, <SEP> 4 <SEP> < <SEP> 1
<tb> Saccharose <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> < <SEP> 1
<tb> PG <SEP> > <SEP> 3 <SEP> 0 <SEP> < <SEP> 1 <SEP>
<tb>