BG64008B1

BG64008B1 - Глюкозен сироп със специфични свойства и метод заполучаването му

Info

Publication number: BG64008B1
Application number: BG103254A
Authority: BG
Inventors: Alex VERPLAETSE; Koenraad RUTTENS; Lancker Frank Van; Alain DESTEXHE
Original assignee: Amylum Belgium Nv
Priority date: 1996-09-17
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 2003-09-30
Also published as: DE69618025D1; BG103254A; EP0929690B1; AU7085796A; ES2169263T3; ATE210730T1; WO1998012342A1; EP0929690A1; DE69618025T2

Abstract

Изобретението се отнася до нови състави на база нишесте на ензимно хидролизиран глюкозен сироп с декстрозен еквивалент между 30 и 50 и захарен спектър, в който фракцията DP1-DP3 е от 30 до 60%, фракцията DP4-DP6 е от 25 до 16%, фракцията DР7-DР9 е от 14 до 4% и фракцията над DP9 е от 38 до 18% от сухото вещество. Изобретението се отнася и до методза получаване на глюкозен сироп чрез обработване на нишесте с ензими. Методът е особено подходящ заполучаване на нови състави на глюкозен сироп. Тойсе състои в обработване на втечнен нишестен субстрат чрез ензимна смес в единствен етап на ензимно хидролизиране, при което ензимната смес включва бактериална -амилаза, малтогенна амилаза и глюкоамилаза.

Description

Област на техниката

Настоящото изобретение се отнася до нов метод за получаване на ензимно хидролизиран глюкозен сироп, който може да се използва като контратип за стандартни киселинно хидролизирани глюкозни сиропи, т.е. глюкозни сиропи с DE, вариращо между 30 и 50, и до нови сиропи, които могат да се получат по такъв начин.

Предшестващо състояние на техниката

Стандартните киселинно хидролизирани глюкозни сиропи се получават чрез подкиселяване на суспензия от нишесте до pH 2,0. Суспензията след това се изпомпва в непрекъснато действащ реактор, който работи при повишени температура и налягане. След подходящ интервал от време течността се връща при атмосферни условия и се неутрализира. Тази течност се избистря, обезцветява се с активен въглен и се концентрира до крайния сироп. Киселият метод се използва най-общо за сиропи в обхвата от 30-50 DE (декстрозен еквивалент) . Киселинната хидролиза винаги дава продукт със специфичен състав, поради произволната хидролиза на нишестето. Главни недостатъци на процеса са високото съдържание на соли в сиропа и нуждата от специална апаратура, за да се извърши реакцията на киселинна хидролиза.

Киселинната хидролиза на глюкозни сиропи обикновено се използва за бонбони при грубо кипене. Така се намалява тенденцията на захарозата да кристализира, забавя се тен5 денцията към образуване на люспесто-зърнеста повърхност и се съдейства на тялото и “усещането в устата” при консумация на захарното изделие. Глюкозните сиропи се използват също за твърд карамел, домашен фондан и фондан, където те предотвратяват, забавят или контролират гранулацията на захарозата. Тези киселинно хидролизирани глюкозни сиропи представляват пазар от повече от 400 000 t сухо вещество в цяла Европа.

Използваните днес киселинно хидролизирани глюкозни сиропи се пречистват допълнително чрез обширна деминерализация, което води до по-добра стабилност на цвета и подобрени органолептични свойства. Тези допълнителни етапи на пречистване, които са необходими за производство на рафинирани продукти, изискват допълнително оборудване и причиняват допълнителни производствени разходи. На това основание са развити алтернативи на киселинно хидролизирани глюкозни сиропи, които се основават на киселинно-ензимно или ензим-ензимно хидролизирани сиропи. Тези продукти вече се използват за много хранителни приложения. Тези сиропи се характеризират с DE, което е същото като DE на киселинно хидролизираните сиропи, но се различават значително по захарния спектър и реологичните свойства. Сравнение между киселинно хидролизирани, киселинно-ензимни и ензимензимни хидролизирани сиропи с един и същ DE е илюстрирано в таблица 1.

Таблица 1.

Сравнение на състоянието на видове глюкозни сиропи, получени чрез:

	Киселинна хидролиза	Киселинноензимна хидролиза	Ензим-ензимна хидролиза
DE-стойност	42	42	4
Захарен спектър (тегл. %)
Декстроза	19	6	2,5
Малтоза	14	45	56
Малтотриоза	12	12	16
Малтотетраоза	10	3	0,7
Малтопентаоза	8	2	0,4
Малтохексоза	7	2	0,7
По-висши захари	30	30	23,7

Продават се и други типове сиропи, които имат захарен спектър, близък до този на киселинно хидролизиран сироп. Тези сиропи се получават чрез смесване на киселинно или ензимно хидролизирани сиропи с високо малтозни и/или 95 DE глюкозен сироп.

Общоприето е, че директно ензимно хидролизиране на нишесте в сироп от типа на киселинно хидролизиран би имало много предимства, а именно:

- хидролизиране на нишестето по мек биохимичен метод;

- намаляване на образуването на предшественика на цвета хидроксиметилфурфурал;

- необразуване на анхидроглюкоза като страничен продукт;

- намаляване на съдържанието на пепел, поради намаляване на изискването за киселина;

- по-икономична следваща преработка и пречистване.

Без да се противоречи на факта, че тези предимства са добре познати, досега не са известни произвеждани сиропи, които да се получават чрез едноетапно ензимно хидролизиране на втечнен нишестен субстрат и които да имат захарен спектър, сравним с този на киселинно хидролизираните сиропи.

В публикацията “Labo-Pharma-Probl. Tech., Vol. 29, № 310, 1981, р. 443-447” е направен преглед на различни методи за хидролиза на нишесте до захарен сироп и разпределението на захарта (чрез степента на полимеризация DP) при този метод, съответстващ на нивото, дискутирано по-горе.

В DE 4125969 е описан метод, при който се използва смес от някои ензими за хидролиза на природно нишесте директно в сироп с високо глюкозно съдържание (DE>80). Този тип сироп е много различен от така наречените киселинно хидролизирани глюкозни сиропи, на които настоящото изобретение цели да създаде контратип продукт.

В DE 3012143 е описан непрекъснат метод за хидролиза на нишесте до глюкозен сироп посредством смес от α-амилаза и амилогликозидаза, като също се получава захарен сироп, чието ВЕ е над 80.

Техническа същност на изобретението

Съгласно изобретението по неочакван начин е намерено, че могат да се получат такива глюкозни сиропи, които имат захарен спектър и реологично поведение, сравними с тези на киселинно хидролизиран сироп.

Следователно, предмет на настоящото изобретение е да се създаде нов продукт на база нишесте, ензимно хидролизиран глюкозен сироп със специфични свойства.

Глюкозният сироп съгласно изобретението е на база нишесте ензимно хидролизиран сироп от глюкоза, който има DE стойност (декстрозен еквивалент) между 30 и 50 и захарен спектър,в който:

фракцията DP_t-DP₃ е от 30 до 60%, фракцията DP₄-DP₆ е от 25 до 16%, фракцията DP₇-DP₉ е от 14 до 4% и фракцията над DP_g е от 38 до 18% от сухото вещество (d. s.).

Предпочитаните глюкозни сиропи съгласно изобретението имат DE стойности между 36 и 45 и захарен спектър, в който:

фракцията DPj-DPj е от 38 до 55%, фракцията DP₄-DP₆ е от 24 до 17%, фракцията DP₇-DP₉ е от 13 до 4,5% и фракцията над DP₉ е от 32 до 21 % от сухото вещество, при което най-предпочитаните глюкозни сиропи съгласно изобретението имат DE стойност между 38 и 42 и захарен спектър, в който:

фракцията DPj-DP₃ е от 40 до 52%, фракцията DP₄-DP₆ е от 24 до 18%, фракцията DP₇-DP₉ е от 13 до 5% и фракцията над DP, е от 30 до 32% от сухото вещество.

Съгласно изобретението са разработени също добре определени условия на двоен ензимен процес, позволяващ приготвянето на такъв нов сироп от глюкоза.

Следователно, предмет на изобретението е също създаване на нов метод за получаване на глюкозен сироп чрез обработка на нишесте с ензими.

Методът съгласно изобретението се състои в обработка на втечнен нишестен субстрат посредством ензимна смес в един единствен етап на ензимно хидролизиране, при което ензимната смес се състои от бактериална а-амилаза, малтогенна амилаза и глюкоамилаза.

Изходният субстрат за метода съгласно изобретението е втечнено нишесте, както може да се получи например чрез втечняване на нативно нишесте с термостабилна α-амилаза до DE 10-12, дезактивиране на термостабилната α-амилаза и охлаждане на втечненото нишесте до температура от около 60°С.

Макар че и други изходни втечнени нишестени субстрати могат да бъдат разглеждани за метода съгласно изобретението, специфично втечненото нишесте, споменато в примера, е най-предпочитано.

Ензимите, използвани в ензимната смес съгласно изобретението, са широко достъпни на пазара.

Предпочитаната глюкоамилаза, екзо-1, 4-а-О-глюкозидаза, може по-специално да се получи от избран щам от Aspergillus niger посредством анаеробна ферментация.

Препоръчителните реакционни условия за този ензим са pH 4,5 и Т 60°С. Ензимната активност на глюкоамилазата (AGU) е дефинирана като количеството ензим, което хидролизира 1 μιηοΐ/min малтоза при стандартни условия (Т 25°С; pH 4,3; реакционно време 30 min).

Бактериалната α-амилаза е за предпочитане ендоамилаза, която хидролизира 1,4-аглюкозидни връзки в желирано нишесте, а-амилазата може да се получи чрез ферментация на избран щам Bacillus subtillis.

Препоръчителни работни условия за този ензим са pH 6-6,5 и Т от 70 до 90°С. Ензимната активност на α-амилазата (KNU) е дефинирана като количеството ензим, което разгражда 5,26 g нишесте на час при стандартния метод на Novo за определяне на α-амилаза при стандартни условия (субстрат - разтворимо нишесте; Са-съдържание в разтворителя 0,0043 М; Т37°С; pH 5,6).

Предпочитаната малтогенна амилаза (ЕС 3.2.1.133) хидролизира 1,4-а-глюкозидни връзки в нишесте, частично хидролизирано нишесте и олигозахариди с ниско молекулно тегло, включително малтотриоза. Малтозните единици се отстраняват поетапно от нередуцираните краища на веригата. Ензимът, който може да произлиза от Bacillus stearothermophillus, може да бъде експресиран в и продуциран от генетично модифициран щам на Bacillus subtillis. За индустриални приложения препоръчаните работни условия са 60°С и pH 5,0-5,5. Ензимната активност на тази малтогеназа се определя като количеството ензим, който хидролизира 1 μιηοΐ малтотриоза при стандартни условия (концентрация на субстрата 10 mg/ml; Т 37°С; pH 5,0; време на инкубация 30 min).

Единственият етап на ензимно хидроли зиране, т.е. етап на озахаряване, приложен към изходния субстрат съгласно изобретението за предпочитане се извършва при температура в обхвата от 55 до 65®С за период от 10 до 48 h, при pH между 4,9 и 5,1; особено за предпочитане при температура в обхвата от 60 до 62°С, за период от 18 до 24 h и pH между 4,9 и 5,1.

Разбира се, по-къси или по-дълги реакционни времена не са изключени, но това би довело до твърде високи разходи на ензими или твърде големи капиталовложения за съхраняване или капацитет на реакционните съдове.

През време на етапа на ензимното хидролизиране за предпочитане е съдържанието на сухо вещество в реакционната смес да бъде между 30 и 40%, повече за предпочитане между 32 и 37% и особено за предпочитане между 33 и 35%.

Методът съгласно изобретението е особено подходящ за получаване на новите глюкозни сиропи съгласно изобретението, както са дефинирани по-горе.

Ензимните концентрации и съотношенията на ензимите през етапа на ензимно хидролизиране съгласно изобретението изцяло зависят от приложените условия на метода и от специфичните свойства на глюкозата, която е желателно да се получи.

Тези концентрации лесно могат да се определят от специалистите в областта на база на данните, осигурени от доставчика на търговски ензими, използвани в метода и/или чрез използване на математически изчисления на основата на емпирични модели, както вече са известни в областта (“Development and field confirmation of a mathematical model foramyloglucosidase/pullulanase sacharification” от T. R. Swanson et al. Starch/ Staerke (1986), 38 (II), 382-387). Емпиричен модел може да бъде конструиран на база информацията, получена от планово конструирани експериментални опити за озахаряване. Чрез избиране на подходящ модел се получават равенства, от които могат да се пресметнат количеството (% тегл.) на различни DP фракции като функция от концентрацията на различните ензими и времето. Емпиричните равенства след това се използват за изчисляване на тези комбинации от ензимни концентрации и реакционно време, които пасват най-добре на захарния спектър на киселинно хидролизиран глюкозен сироп, с който трябва да се съпостави.

Примери за изпълнение на изобретението

Изобретението се илюстрира и обяснява допълнително посредством следващите примери, описващи редица от специфичните изпълнения на изобретението. Специфичните характеристики на тези примери са описани само като предпочитани изпълнения на това, което е предвидено в рамките на горното общо описание на изобретението и по никакъв начин не трябва да се интерпретират като ограничаващи обхвата на изобретението като такова и както е изложено в претенциите.

Пример 1. Нативно нишесте се суспендира във вода при концентрация 33-35% сухо вещество (d.s.) и при слабо кисело pH (3,5-4,0). След това тази суспензия се желира при 160°С. След охлаждане до 95°С pH се довежда до 5,7-5,9 и се прибавя термостабилна а-амилаза (0,5-0,6 ml comm./kg d.s.). След това тази суспензия допълнително се втечнява в продължение на 2-3 h при 90-95°С, докато се постигне

DE 10-12. След това α-амилазата се инакти вира чрез довеждане на pH до 4, като втечне ното нишесте се нагрява още 5 min при 95°С.

След това, този субстрат се охлажда до 5 60°С и pH се довежда до 5,0. Към това втечнено нишесте се прибавя смес от ензими, съставена от глюкоамилаза, малтогенна амилаза и бактериална α-амилаза. Използват се следните ензимни количества:

AMG 300L малтогеназа 4000L

BAN 480L

AGU/kg d.s.

96MANU/kgd.s.

14KNU/kgd.s.

След реакционно време 20 h реакцията се спира чрез коригиране на pH на 3,5 и разтворът се нагрява до 85°С посредством напри мер инжектиране на пара, за да се разруши колкото е възможно по-бързо цялата остава ща ензимна активност. Съгласно използвани те реакционни условия се получава ензимно хидролизиран 38DE сироп, който има състав и свойства, сравними с тези на киселинно хидролизиран 38DE сироп (сравни таблица 2).

Таблица 2.

Сравнение на глюкозен сироп, получен в пример 1, с обичаен сироп с DE 38, получен чрез киселинна хидролиза

	Киселинен DE38	Ензимен DE38
Захарен спектър (тегл. %)
DPI	15,9	13,0
DP2	12,9	15,0
DP3	9,9	14,9
DP4	9,5	7,8
DP5	7,9	7,2
DP6	6,6	7,6
DP7	5,4	3,7
DP8	4,3	1,4
DP9	4,0	2,2
>DP9	23,6	27,0
ERH (1)	32,25	32,47
Tg (97% d.s.)	103,7°C	104,1 °C
Вискозитет (mPas) (2)	8217	8177

(1) ERH бонбони при твърдо кипене: 50 48,5% твърди вещества в сиропа, 48,5% захароза, 3% вода (2) вискозитет при 80% d.s. и 50°С

Пример 2. Нативно нишесте се суспендира във вода в концентрация 33-35% d.s. и при слабо кисело pH (3,5-4,0). След това суспензията се желира при 160°С. След охлаждане до 95°С pH се довежда до 5,7-5,9 и се прибавя термостабилна α-амилаза (0,5-0,6 ml comm/kg d.s.). Суспензията след това се втечнява допълни- 5 телно в продължение на 2-3 h при 90-95°С, докато се постигне DE 10-12. Тогава а-амилазата се инактивира чрез довеждане на pH до 4, като втечненото нишесте се нагрява допълнително 5 min при 95°С. След това този субстрат се охлажда до 60°С и pH се довежда до 5,0. Към това втечнено нишесте се прибавя смес от ензими, съставена от глюкоамилаза, малтогенна амилаза и бактериална α-амилаза. Прибавят се следните ензимни количества:

- AMG 300 L 16,6 AGU/kg d.s.

- малтогеназа 4000 L 48 MANU/kg d.s.

- BAN 480 L 12 KNU/kg d.s.

След реакционно време 20 h реакцията се спира чрез довеждане на pH до 3,5 и нагряване на разтвора на 85°С посредством например инжектиране на пара, за да се разруши възможно най-бързо цялата оставаща ензимна 10 активност. Съгласно използваните реакционни условия се получава ензимно хидролизиран 42DE сироп, който има състав и свойства, сравними с тези на киселинно хидролизиран 42DE сироп (сравни таблица 3).

Таблица 3.

Сравнение на глюкозен сироп, получен в пример 2, с обикновен сироп с DE42, получен чрез киселинна хидролиза

	Киселинен DE38	Ензимен DE38
Захарен спектър (тегл. %)
DPI	19,7	19,1
DP2	16,4	14,5
DP3	9,5	17,0
DP4	7,9	6,9
DP5	6,7	6,8
DP6	5,5	5,5
DP7	4,7	2,6
DP8	3,9	1,3
DP9	3,4	1,5
>DP9	22,3	24,6
ERH (1)	31,47	31,12
Tg (97% d.s.)	98°C	94°C
Вискозитет (mPas) (2)	6300	5900

(1) ERH-бонбони при твърдо кипене: 48,5% твърди вещества в сиропа, 48,5% захароза, 3% вода (2) вискозитет при 80% d.s. и 50°С

Claims

Патентни претенции

1. Ензимно хидролизиран глюкозен сироп на база нишесте, характеризиращ се с това, че има DE стойност (декстрозен еквивалент) между 30 и 50 и захарен (степен на по лимеризация DP) спектър, в който: фракцията ϋΡ,-DPj е от 30 до 60%; фракцията DP₄-DP₆ е от 25 до 16%; фракцията DP₇-DP₉ е от 14 до 4%; фракцията над DP, е от 38 до 18% от сухото вещество.
2. Глюкозен сироп съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че има DE стойност между 36 и 45 и захарен спектър, в който:

фракцията DPj-DPj е от 38 до 55%; фракцията DP₄-DP₆ е от 24 до 17%;

фракцията DP₇-DP, е от 13 до 4,5%;

фракцията над DP, е от 30 до 21 % от сухото вещество.
3. Глюкозен сироп съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че има DE стойност между 38 и 42 и захарен спектър, в който:

фракцията DP,-DP₃ е от 40 до 52%; фракцията DP₄-DP₆ е от 24 до 18%; фракцията DP₇-DP₉ е от 13 до 5%;

фракцията над DP, е от 30 до 22% от сухото вещество.
4. Метод за получаване на глюкозен сироп чрез обработка на нишесте с ензими, характеризиращ се с това, че се обработва втечнен нишестен субстрат посредством ензимна смес в единствен етап на ензимна хидролиза, при което ензимната смес съдържа заедно бактериална α-амилаза, малтогенна амилаза и глюкоамилаза.
5. Метод съгласно претенция 4, характеризиращ се с това, че етапът на ензимна хидролиза се извършва при температура в обхвата от 55 до 65°С за период от 10 до 48 h, при pH между 4,9 и 5,1.
6. Метод съгласно претенция 4, характеризиращ се с това, че етапът на ензимна хидролиза се извършва при температура в обхвата от 60 до 62°С, за период от 18 до 24 h, при pH между 4,9 и 5,1.
7. Метод съгласно някоя от предходните претенции, характеризиращ се с това, че през етапа на ензимна хидролиза съдържанието на сухо вещество в реакционната смес е между 30 и 40%.
8. Метод съгласно претенция 7, характеризиращ се с това, че през етапа на ензимна хидролиза съдържанието на сухо вещество в реакционната смес е между 32 и 37%.
9. Метод съгласно претенция 7, характеризиращ се с това, че през етапа на ензимна хидролиза съдържанието на сухо вещество на реакционната смес е между 33 и 35%.
10. Метод съгласно някоя от предходните претенции, характеризиращ се с това, че втечненият нишестен субстрат има DE от 10

5 до 12.
11. Метод съгласно някоя от предходните претенции, характеризиращ се с това, че втечненият нишестен субстрат се получава при предварителна обработка на нативно нишесте

10 с термостабилна α-амилаза, последвано от дезактивиране на термостабилната а-амилаза.
12. Метод съгласно някоя от предходните претенции за получаване на глюкозен сироп, характеризиращ се с това, че глюкозният

15 сироп има DE стойност между 30 и 50 и захарен спектър, в който:

фракцията DP,-DP₃ е от 30 до 60%; фракцията DP₄-DP₆ е от 25 до 16%; фракцията DP₇-DP, е от 14 до 4%;

фракцията над DP, е от 38 до 18% от сухото вещество.
13. Метод съгласно някоя от предходните претенции за получаване на глюкозен сироп, характеризиращ се с това, че глюкозният сироп има DE стойност между 36 и 45 и захарен спектър,в който:

фракцията ОР^БРз е от 38 до 55%; фракцията DP₄-DP₆ е от 24 до 17%; фракцията DP₇-DP, е от 13 до 4,5%;

фракцията над DP₉ е от 32 до 21% от сухото вещество.
14. Метод съгласно някоя от предходните претенции за получаване на глюкозен сироп, характеризиращ се с това, че глюкозният сироп има DE стойност между 38 и 42 и захарен спектър, в който:

фракцията DP,-DP₃ е от 40 до 52%; фракцията DP₄-DP₆ е от 24 до 18%; фракцията DP₇-DP₉ е от 13 до 5%; фракцията над DP, е от 30 до 22% от сухото вещество.