Verfahren und Vorrichtung zur Stärkespaltung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren u. eine Vorrichtung zur Stärkespaltung durch Verkleisterung von Stärkemilch in der Wärme und enzymatische Hydrolysierung der so erhaltenen Stärkepaste bei enzym spezifischer Optimaltemperatur.
Es ist allgemein bekannt, dass B-Amylase die Fähigkeit besitzt, Stärkemoleküle nach und nach von dem nicht reduzierenden Ende her entsprechend dem jeweiligen Bauprinzip des Moleküls zu Maltose und ,5-Grenzdextrin zu hydrolysieren. Die Optimaltemperatur der Enzymaktivität liegt bei 55 bis 600C.
Nach dem herkömmlichen Verfahren der enzymatischen Stärkespaltung wird Stärkemilch zunächst durch eine partielle Hydrolyse unter Erwärmen auf wenigstens 700C in Gegenwart von #Amylase oder Säure verflüssigt.
Anschliessend wird dann die eigentliche Verzuckerung in Gegenwart von B-Amylase bei 55 bis 600C durchgeführt.
Unter diesen Verfahrensbedingungen erreicht man jedoch im allgemeinen einen nur geringen Hydrolysegrad entsprechend einem Sirup mit einem Maltosegehalt von etwa 50%.
Die Verwendung von Amyloglucosidase anstelle von ,5-Amylase als Enzym zur Verzuckerung der verflüssigten Stärke nach diesem Verfahren führt zu einem Produkt, das etwa 94 bis 971JE. (Dextroseäquivalente) D-Glucose (Dextrose) enthält, was ebenfalls unbefriedigend ist.
Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur enzymatischen Stärkespaltung, das zu Hydrolysaten führt, deren Zusammensetzung den theoretisch maximal erreichbaren Werten nahekommt.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass man eine Stärkemilch mit einem Feststoffgehalt von mehr als 20% kontinuierlich durch schnelles und homogenes Erwärmen auf etwa 120 bis 1600C, vorzugsweise 140 bis 150 C, verkleistert, die heisse Paste kontinuierlich schnell abkühlt, die benötigte Enzymmenge sowie gegebenenfalls einen Teil eines bereits in seiner Viskosität verminderten Substrats kontinuierlich einmischt und die Spaltung kontinuierlich undioder diskontinuierlich bei der Optimaltemperatur so lange ablaufen lässt, bis der gewünschte Abbaugrad erreicht ist.
Nach dem Verfahren der Erfindung erhält man bei der p-amylolytischen Verzuckerung von Stärke einen Maltosesirup mit 68 ME., der aus etwa 60% Maltose, 26-28% Grenzdextrin, etwa 10% Oligomeren und weniger als 2% Dextrose besteht, während konventionelle Produkte auf 45 - 52% Maltose, 22- 30% Grenzdextrin, 1220% Oligosaccharide und 2-5% Dextrose kommen. Mit Amyloglucosidase lässt sich erfindungsgemäss eine Glucose mit mehr als 99,0 DE. erzeugen.
Die Unterschiede zwischen den Produkten der beiden Verfahren werden auf die Bedingungen zurückgeführt, unter denen die enzymatische Verzuckerung durchgeführt wird. Den niedrigeren Maltosegehalt der bekannten Produkte und ihren höheren Anteil an Oligosacchariden und Dextrose kann man sicherlich auf die ,oc-Amylolyse zurückführen, die der Hauptreaktion vorangeht, sowie auf die Behinderung des Enzymangriffs an den mit Wasserstoff verknüpften Teilen der Stärkemoleküle, die bei den bisher benutzten Temperaturen noch nicht freigelegt werden können. Die Wasserstoffbindungen der ungequollenen Stärke, die von Natur aus in den Stärkemicellen ausgebildet sind, werden augenscheinlich erst oberhalb 100 C, vorzugsweise bei 1200C oder höheren Temperaturen, aufgehoben.
Unter den Bedingungen des herkömmlichen Verfahrens können aber ausser der unvollständigen Dispergierung der Stärkemoleküle bei Temperaturen unter 1000C auch erhebliche Anteile der Amylose ebenso wie äussere Ketten bzw. Zweige von Amylopektin von dem enzymatischen Abbau nicht erfasst werden, da sie in assoziiertem Zustand vorliegen. Dementsprechend ist die Maltose menge, die theoretisch aus Stärke gewinnbar ist, um die Menge zu verringern, welche durch die Anwesenheit assoziierter Anteile von Stärkemolekülen mit intermolekularen Wasserstoffbindungen nicht hydrolysiert werden kann.
Insbesondere werden stets gewisse Mengen restlicher Amylose in dem Substrat festgestellt, das nach dem herkömmlichen Verfahren mit :B-Amylase hydrolysiert wor den ist. Das Vorhandensein von Amylose in dem Produkt, die durch Blau- bzw. Violettfärbung mit Jod-Jodkaliumlösung nachgewiesen werden kann, gibt diesem einige unerwünschte Eigenschaften, beispielsweise eine anomale Viskosität und eine Affinität zu verschiedenen suspendierten mikrofeinen festen Teilchen. Die Affinität zu Suspensoiden ist ausserordentlich störend, wenn das ,8-Amylolysat mit feiner Aktivkohle raffiniert werden soll, da sich die Kohlenstoffmikroteilchen derart mit Amylosefragmenten umgeben, dass sie nicht durch Filtration oder Dekantation abgetrennt werden können, sondern eine dunkelgefärbte Suspension bilden.
Im Gegensatz hierzu enthält ein nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhaltenes Hydrolysat - wie gesagt - vorherrschend Maltose und Grenzdextrin, geringe Mengen Oligosaccharide, Spuren von Glucose und kaum Amylosefragmente, so dass diese Nachteile vermieden werden.
Vorzugsweise erfolgt die Erwärmung der Stärkemilch durch direkte oder/und indirekte Dampfbeheizung sowie gegebenenfalls unter Rühren.
Zweckmässigerweise bewirkt man die Kühlung da durch, dass man die Stärkepaste einer Entspannungsverdampfung unterwirft und nach Vergrösserung ihrer freien Oberfläche durch direkten Wärmeaustausch mit Konvektionsluft abkühlt, wobei man die Paste vozugsweise schleier- oder fadenförmig durch die Kühlluft fliessen lässt.
Der auf die erfindungsgemäss Weise bereitete Kleister ist frei von intermolekularen Verknüpfungen von Molekülen über Wasserstoffbindungen und befindet sich deshalb in einem vollkommen aufnahmefähigen Zustand gegenüber der Aktivität jeder Art von Amylase.
Malzextrakt enthält noch verschiedene Enzymspezifitäten, insbesondere 5C- und ,3-amylolytische Aktivitäten, die voneinander unterschieden sind hinsichtlich der optimalen Temperatur, die diese Enzyme aktiviert. Im Gegensatz zur #Amylase, deren Temperaturoptimum bei etwa 800C oder darüber liegt, übt die #-Amylase ihre spezifische Aktivität am besten bei verhältnismässig niedriger Temperatur von 55-600C aus, wobei sie vorherrschend Maltose und Grenzdextrin erzeugt, neben kleinen Mengen Dextrose und wechselnden Mengen Oligosacchariden von denen die letzteren vermutlich Zwischenprodukte der Umsetzung in Maltose durch weiteren Abbau mit dem Enzympräparat sind.
Wenn ein .#Amylase-Präparnt zu der Stärkemilch zugegeben wird, bevor diese verkleistert wird, können Stärkemoleküle zu einem geringen Ausmass abgebaut werden entsprechend der Dosis der zugesetzten a-Amylase und je nach der Geschwindigkeit, mit der beim Erwärmen der Milch der Temperaturbereich von 80 - 900C durchschritten wird, innerhalb dessen die Ausübung der spezifischen Aktivität von i#Amylase begünstigt wird. Schon eine geringe d-Amylolyse verringert deutlich die Viskosität des resultierenden Kleisters. Selbst wenn die Abbaureaktion nur in so einem geringen Umfange stattfindet, dass der DE.-Wert der Paste kleiner als 1 ist, wird die Fliessbarkeit dieses Kleisters merklich erhöht.
Auf diese Weise enthält ,3-Amylolysat von grossen Stärkefragmenten vermutlich Grenzdextrine von kleinerem Molekulargewicht, verglichen mit jenen, die in p-Amylolysaten von Kleister enthalten sind, der unmittelbar aus Stärke bereitet wurde.
Die Reaktionsdauer, mit anderen Worten die Verweilzeit der Reaktionsmischung in den einzelnen Zonen der benutzten Anlage, richtet sich nach Art und Menge der verwendeten Enzyme, der Natur der Stärke, dem gewünschten Abbau und anderen Faktoren, wie weiter unten noch erläutert wird. Sie kann vom Fachmann nach den jeweiligen Gegebenheiten leicht bestimmt werden.
Ebenso hängt die Temperatur, auf die die Stärkepaste nach der Verkleisterung abgekühlt wird, von dem betreffenden Enzym ab. In der Regel wird man bei Einsatz von #-Amylase und Amyloglucosidase vorzugsweise auf etwa 50 - 600C abkühlen. Zur Erhaltung bzw. Einstellung der enzymspezifischen Optimaltemperatur sind die Reaktionsgefässe mit Heizmänteln und -schlangen ausgestattet.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird die bereitete Stärkemilch vorzugsweise auf ihrem natürlichen pH-Wert (5 - 6) belassen, d.h. weder mit Säure noch mit Base versetzt. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, die Reaktionsmischung auf den pH-Bereich einzustellen, der für das jeweilige Enzym am günstigsten ist. Eventuell kann auch eine Säureverflüssigung vorgenommen werden.
Das Verfahren der Erfindung lässt sich mit besonderem Vorteil in einer Anlage durchführen, die im nachstehenden anhand der Zeichnung beschrieben ist und mit automatischen Einrichtungen kontinuierlich betrieben werden kann.
Die Teilrückführung von bereits behandeltem Substrat kommt insbesondere dann in Betracht, wenn die Viskosität des frischen Kleisters durch Zumischung von verflüssigter Paste erniedrigt werden soll, und kann unterbleiben, wenn dies nicht wünschenswert oder erforderlich ist. An welcher Stelle des Verfahrens das rückzuführende Substrat abgezweigt wird, richtet sich ebenfalls nach den Umständen des Einzelfalls. Die Entscheidung kann der Fachmann auf Grund nachstehender Erläuterung leicht treffen, insbesondere bei der gezeigten Anlage, die sehr flexibel gefahren werden kann.
Verglichen mit den herkömmlichen Methoden lassen sich die Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens und seiner Produkte wie folgt zusammenfassen: 1. Hohe Reproduzierbarkeit der Zusammensetzung des
Hydrolysats.
2. Gute Anpassbarkeit des Verfahrens auf verschiedene
Stärkearten unabhängig von deren Art und Herkunft.
3. Charakteristische Zusammensetzung der Produkte vor herrschend aus Maltose und #-Grenzdextrinen von verhältnismässig grossem Molekulargewicht.
4. Herstellbarkeit sprühgetrockneter Produ.tewegender
Anwesenheit grossmolekularer ?-Grenzdextrine.
5. Abwesenheit von Amylose-Fragmenten (Jodfärbungs reaktion nach der p-Amylolyse negativ), da die Ein wirkung von p-Amylase auf die Stärkemoleküle nicht behindert wird, die von Wasserstoffbindungen frei sind.
6. Leichte Raffinierbarkeit der erzeugten Flüssigkeiten, da keine Verunreinigungen durch restliche Amylose
Fragmente auftreten, die die im Produkt befindlichen
Suspensoide umhüllen und die Erzielung eines klaren
Filtrates erschweren würden.
Die Erfindung ist im nachstehenden anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert und dargestellt.
Fig. 1 zeigt anhand eines Blockdiagramms die wesentlichen Stufen der herkömmlichen Verfahren für die enzymatische Verzuckerung von Stärke.
Fig. 2 zeigt ebenfalls als Blockdiagramm die wesentlichen Stufen des erfindungsgemässen Verfahrens für die enzymatische Verzuckerung von Stärke.
Fig. 3 zeigt schematisch eine Anlage zur Durchführung der direkten Verzuckerung von Stärkekleister nach der Erfindung.
Fig. 4 ist ein Querschnitt durch einen Apparat für die indirekte Wasserdampfteheizung bzw.
Fig. 5 für die direkte und indirekte Wasserdampfbeheizung.
Fig. 6 nur für direkte Wasserdampibeheizung, und
Fig. 7 für direkte und indirekte Beheizung unter Rühren.
Fig. 8 schliesslich ist eine graphische Darstellung des DE-Wertes in Abhängigkeit von der Zeit.
Zunächst sei Fig. 1 erläutert:
In dieser Figur, die die herkömmlichen Verfahren veranschaulicht, bedeuten a) Stärkemilch b) Säure c) a-Amylase-Präparat d) Verflüssigung e) ¯#-Amylase-Präparat f) Amyloglucosidase-Präparat g) Dextrinlösung mit DE 10-18 h) Aufschluss i) Maltosesirup k) Glucose
Fig. 2 zeigt das erfindungsgemässe Verfahren; gleiche Bezugszeichen bedeuten dasselbe wie in Fig. 1. Hinzu treten die folgenden Buchstaben: 1) kontinuierliche Verkleisterung m) Abkühlung n) klare Paste o) Zwischensubstrat p) Produkte von verschiedenem Abbaugrad
Temperaturen, DE-Werte und dgl. sind den Blockdiagrammen zu entnehmen.
Die praktische Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens erfolgt unter Benutzung von Einrichtungen wie sie in Fig. 3 dargestellt sind. In dieser Figur bedeuten 1 einen Vorratstank für Stärkemilch (Feststoffgehalt mehr als 20#0) mit Einrichtungen zur Einstellung des Bé-Gra- des. Der Apparat 2 ist mit Dampf S beheizbar; die Stärkemilch wird kontinuierlich über die Messpumpe Po mit einer solchen Geschwindigkeit eingespeist, dass die Verweilzeit der Stärke in dem Apparat 2 etwa 5 bis 10 Minuten beträgt, und die Temperatur des Kleisters wird durch Dampfzuleitung auf einen Wert im Bereich von 120 - 1600C, vorzugsweise 130 - 1400C, eingestellt. Der Stärkekleister wird kontinuierlich aus dem Apparat 2 über das Entspannungsventil 3 in die Entspannungskammer 4 gebracht.
Das Ventil 3 stellt sich selbst auf den vorherbestimmten konstanten Druck ein. Die Kammer 4 ist mit einem inneren Zylinder für die Abtrennung des Dampfes aus dem Kleister, einer äusseren zylindrischen Kammer zur Ableitung des abgetrennten Dampfes zum Ausgang und einer perforierten Platte 6 am Boden der Innenkammer versehen, durch die der Kleister hindurchtreten kann, um in vielen Strängen durch die Atmosphäre im Raum 7 in das eigentliche Reaktionsgefäss 8 herabzufliessen. Dieses Reaktionsgefäss 8 ist mit einem Hochgeschwindigkeitsrührer versehen und besitzt ein Volumen, das zur Aufnahme einer Substratmenge entsprechend dem
1 bis Sstündigen Einspeisvolumen der Stärkemilch ausreicht. Der maximale Zeitbedarf für die Reaktion ist unter den Bedingungen, die für eine Produktion in technischem Massstab günstig sind, zu etwa 5 Stunden ermittelt worden.
Wenn also ein Reaktionsgefäss 8 von kleinem Volumen verwendet werden soll, muss der nachgeschaltete kontinuierliche Konverter 10 ein grosses Volumen aufweisen, so dass das Substrat beide Reaktionsräume in wenigstens 5 Stunden totaler Verweilzeit passieren kann.
Wenn kein solcher Konverter 10 in der Anlage von Fig. 3 vorgesehen ist, wird ein anderes Reaktionsgefäss 11 vorgesehen werden, dessen Volumen für eine Sstündige Verweilzeit des Substrates hinreicht.
In der Praxis ist eine Anlage, die für die #-Amylolyse von Stärke nach dem Verfahren der Erfindung geeignet ist, vorzugsweise dreiteilig konstruiert, nämlich mit dem Schnellmischer 8, dem Konverter 10 (auch mehreren) und dem Reaktionstank 11.
Dieser Reaktionstank 11 hat ein grosses Volumen und wird chargenweise gefahren, im Gegensatz zu dem kontinuierlichen Betrieb der beiden vorhergehenden Reaktionseinheiten, für die ein kleines Volumen genügt. Es kann auch mehr als ein Reaktionstank 11 vorgesehen sein.
9-Amylaselösung, die aus Malz extrahiert wird, wird in der Anfangsstufe der Reaktion im richtigen Verhältnis mit Substrat vermischt. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist während des anfänglichen Abbaues von grossmolekularen Stärkefragmenten so hoch, dass die Stärkemoleküle wenig Gelegenheit haben, sich wieder miteinander zu vereinigen (Retrogradation). Entsprechend dem Abbau der Stärkefragmente wird die Ausbildung von Wasserstoffbindungen zwischen den Molekülen unter den gleichen automatisch kontrollierten Bedingungen immer mehr erschwert.
Das aus dem kontinuierlichen Konverter 10 ablaufende Produkt setzt sich vorherrschend aus ,8-Grenzdextrin und Maltose mit begleitenden Oligosaccharinen und einer unwesentlichen Menge Glucose zusammen, die entsprechend der Ausdehnung der Reaktionszeit durch den schwachen Einfluss der als Verunreinigung vorhandenen .#Amylase zunimmt.
Die Jod-Stärke-Reaktion ist bei diesem Produkt negativ, d.h. es werden keine restlichen Amylose-Fragmente gefunden, die an einem genügenden Abbau mit p-Amylase gehindert wurden.
Wie in Fig. 3 angedeutet, wird die enzymatische Verzuckerung von Stärkekleister nicht immer in einer bestimmten Schaltung der Apparate durchgeführt. Beispielsweise kann je nach dem Zeitbedarf für die Reaktion in Abhängigkeit von der Zugabegeschwindigkeit und der Art des Enzyms und der Zahl der Reaktionsgefässe 8 oder deren Gesamtvolumen der kontinuierliche Konverter 10 entbehrlich sein. Andererseits wird man den bzw. die kontinuierlichen Konverter 10 zweckmässigerweise vor dem oder den diskontinuierlichen Reaktionstank(s) 11 einschalten, wenn das Gefäss 8 so klein gehalten ist, dass es nur eine Mischfunktion erfüllt; auf diese Weise kann man einen Teil der Reaktionsmischung, die als Folge des Reaktionsfortschrittes in diesem Konverter 10 verdünnt ist, in das Mischgefäss 8 zurückleiten.
Durch Teilrückführung kann die Verflüssigung der Paste auch mit Substrat wäk- rend der Reaktion in dem diskontinuierlichen Reaktionstank 11 durchgeführt werden.
Diese verschiedenen Verfahrensführungen können wie folgt veranschaulicht werden:
EMI4.1
<tb> 1 <SEP> Mischer <SEP> 8 <SEP> b <SEP> Pumpe <SEP> P3 <SEP> ^ <SEP> Leitung <SEP> A <SEP> > <SEP> Tank <SEP> 11
<tb> SI <SEP> Mischer <SEP> 8 <SEP> ---+ <SEP> Pumpe <SEP> P3 <SEP> " <SEP> Leitung <SEP> A <SEP> " <SEP> Tank <SEP> 11
<tb> <SEP> Leitung <SEP> G <SEP> + <SEP> H <SEP> (Teil <SEP> des <SEP> Substrats) <SEP> P-- <SEP> Pumpe <SEP> Pb
<tb> III <SEP> Mischer <SEP> 8 <SEP> A <SEP> Pumpe <SEP> P3 <SEP> > <SEP> Leitungen <SEP> B+F <SEP> , <SEP> Tank <SEP> 11
<tb> <SEP> Leitungen <SEP> C;
;+H <SEP> (Teil <SEP> des <SEP> Substrats) <SEP> P-- <SEP> Pumpe <SEP> P4
<tb> IV <SEP> Mischer <SEP> 8 <SEP> ) <SEP> Pumpe <SEP> P3 <SEP> ) <SEP> Leitungen <SEP> B,C,D,F# <SEP> 4 <SEP> Tank <SEP> 11
<tb> <SEP> > <SEP> Leitungen <SEP> Q+H <SEP> (Teil <SEP> des <SEP> Substrats)
<tb> V <SEP> Mischer <SEP> 8 <SEP> < <SEP> Pumpe <SEP> P3 <SEP> 5 <SEP> Leitungen <SEP> X,CbD > F <SEP> 5 <SEP> Tank <SEP> 11
<tb> VI <SEP> Mischer <SEP> s <SEP> # <SEP> Pumpe <SEP> P3--+ <SEP> Leitungen <SEP> B,C,D,E
<tb> V!I <SEP> Mischer <SEP> 8 <SEP> e <SEP> Pumpe <SEP> Pa <SEP> Leitungen <SEP> C <SEP> + <SEP> E
<tb> VIII <SEP> die <SEP> übrigen <SEP> Schaltungen
<tb>
Welches der vorstehenden Prozess-Schemata man wählt, richtet sich nach der Art der Reaktion, den Bilanzen der jeweiligen Anlagen und sonstigen Anforderungen oder betrieblichen Zweckmässigkeiten.
Beispielsweise wird das technische Verfahren zur Erzeugung von Maltosesirup (frAmylolysat) üblicherweise in etwa 4 Stunden durchgeführt, im Gegensatz zu der amyloglucosidischen Verzuckerung. die mehr als 48 Stunden benötigt. Die Maltosesirup-Produktion kann deshalb unter Fortlassung des diskontinuierlichen Tanks 11 auch nach den Schemata VI oder VII durchgeführt werden, wenn das Gesamtvolumen der geschilderten kontinuierlichen Anlage ausreicht, um die für die Reaktion benötigte Verweilzeit sicherzustellen.
Der > ,-amylolytische Abbau von Stärke zur Erzeugung von De > :trinen erfordert im allgemeinen eine kürzere Reaktionszeit, verglichen mit der der p-Arnylolyse. Da er am besten innerhalb einer Stunde durchgeführt wird, verringert sich bei Herstellung gleicher Produktmengen das Gesamtvolumen der Anlagen für diese Reaktion beträchtlich. Im Gegensatz hierzu muss die amyloglucosidische Verzuckerung von Stärke technisch in einer Zeitdauer von 50-70 Stunden durchgeführt werden, so dass die Schemata I, II, III, IV und V zur Erzielung eines fast voll ständigen Abbaus des Substrats nach dem Verfahren der Erfindung günstig sind.
Bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens treten im wesentlichen drei verfahrenstechnische Probleme auf, die sich jedoch durch geeignete Konstruktion der betreffenden Apparate lösen lassen. Es werden deshalb im nachstehenden einige erfindungsgemäss bevorzugte Einrichtungen angegeben, die entweder bereits im Fliessschema von Fig. 3 dargestellt sind, oder an die Stelle der dort gezeigten Apparate treten können.
Das erste der besagten technologischen Probleme ist die schnelle, kontinuierliche und homogene Erwärmung der Stärkemilch auf eine Temperatur von etwa 1201600C.
Drei bevorzugte Ausführungsformen für den Beheizungsapparat 2 von Fig. 3 sind in den Figuren 4 - 7 gezeigt.
Fig. 4 zeigt im Querschnitt einen Apparat mit indirekter Dampfbeheizung, die über einen Dampfmantel 12 und ein drehbares Innenrohr 13 erfolgt. Die Reaktionsmischung durchfliesst den ringförmigen Innenraum zwischen dem Dampfmantel 12 und dem Rohr 13 kontinuierlich vom Einlass 14a zum Einlass 14b. Dieses Rohr 13 dient nicht nur zum Wärmeaustausch, sondern ist auch mit Flügeln 15 zum Rühren der Reaktionsmischungv ersehen.
Der Dampf wird über den Einlass 14' in den Mantel 12 und über den Einlass 14" in das Rohr 13 eingeleitet und über den Auslass 16 aus dem Mantel 12 sowie über den Auslass 39 aus dem Rohr 13 abgezogen. Die Positionen 17 und 18 zeigen die Stopfbüchsen zur Abdichtung gegen den Innenraum, während bei 19, 20 und 21 die Lager für das Rohr 13 bzw. dessen hohlwellenförmige Enden dargestellt sind. Das Rohr 13 ist über die Riemenscheibe 22 antreibbar. Die Organe 23 und 24 stellen die Drehverbindung zwischen dem Rohr 13 und der Dampfzu- bzw. -ableitung her. Der in Fig. 4 gezeigte Apparat eignet sich insbesondere für Versuchsanlagen und für die Verarbeitung verhältnismässig geringer Durchsätze, weil er sich leicht unter genau kontrollierbaren Bedingungen betreiben lässt.
Bei grossen Anlagen können jedoch kostenmässig Schwierigkeiten auftreten, weil wegen des niedrigen Wärmeübertragungskoeffizienten auf die Reaktionsmischung, die im vorliegenden Fall durch den viskosen Kleister gebildet wird, eine relativ grosse Heizfläche benötigt wird.
Für die kommerzielle Produktion wird man deshalb einen Apparat nach den Fig. 5, 6 oder 7 bevorzugen, da diese hinsichtlich der Investitions- und Betriebskosten günstig liegen. Diese drei Typen stimmen insofern überein, also sie die direkte Dampfbeheizung benutzen. Sie weisen demzufolge sämtlich einen vertikalen Zylinder 28, ein Zwischenstück mit Leitblechen 27, eine Diffusorengruppe 26 und einen Fussteil auf mit einem Einlass 29 für Reaktionsmischung in seinem Mittelteil und einer Mehrzahl von ringförmig darum angeordneten Dampfeinleitungsdüsen 25, die über Bogen 30 an die Dampfzuleitung angeschlossen sind und mittels Nadelventilen 31 nach Bedarf eingestellt werden können. Die Diffusorengruppe 26 wird durch die konischen Kanäle 32 und die schmalen Durchgänge 33 gebildet, deren Mittellinien in der Strahlrichtung der Düsen 25 liegen.
Durch diese Diffusorengruppe ist ein wirksamer Kontakt ebenso wie eine gute Vermischung der Dampfstrahlen mit der Reaktionsmischung sichergestellt. Auf die Diffusorengruppe 26 folgt das Zwischenstück mit den Leitblechen, die die Form von Schraubenwendeln haben, dicht in das zylindrische Zwischenstück eingefügt sind und eine hohe Steigung aufweisen, so dass sie den kraftvollen geradlinigen Strom von Reaktionsmischung und Dampf ablenken. Dadurch bremsen sie nicht nur die hohe Geschwindigkeit des aufprallenden Mediums, sondern absorbieren auch die in Dampfblasen des auftreffenden Schaumes unvermindert enthaltene Wärmeenergie. Dadurch wirken sie als Wärme überträger zwischen Medium von höherer Temperatur auf Medium von niedrigerer Temperatur, so dass die Temperaturverteilung gleichmässig wird und Heterogenitäten des Zustandes der Reaktionsmischung in dieser Zone vermieden werden.
Ferner glätten die Leitbleche 27 turbulente Strömungen. Sie dienen also verschiedenen Zwek ken und erweisen sich deshalb als besonders vorteilhaft.
Der Zylinder 28, der konische Kopf 34 auf diesem Zylinder 28 und der Auslass 35 für die heisse Reaktionsmischung sind ebenfalls bei allen drei Apparaten der
Fig. 5, 6 und 7 ähnlich gestaltet zu dem Zweck, der Re aktionsmischung eine kurze, jedoch ausreichende Verweilzeit zu geben.
Der konstruktive Unterschied zwischen den drei Apparaten besteht darin, dass der Typ nach Fig. 6 nur die vorstehend beschriebene direkte Dampfbeheizung mit mehreren Düsen aufweist, während der Apparat nach
Fig. 5 noch mit einem Dampfmantel 12 zur indirekten Beheizung des Zylinders 28 von aussen versehen ist, die gleichzeitig mit der direkten Dampfbeheizung durchge führt werden kann. Die Konstruktion nach Fig. 7 ähnelt der von Fig. 5, weicht aber insofern von dieser ab, als ausserdem ein Rührwerk innerhalb des Zylinders 28 vor gesehen ist. Dieses Rührwerk besteht aus den folgenden
Teilen: oberhalb des Kopfes 34 ist ein Träger 37 für ein
Lagergehäuse 36 angeordnet. Dieses Lagergehäuse 36 dient zur Führung einer Antriebswelle 38, welche mit einer Mehrzahl von Flügeln 15 verbunden ist. Der Durch tritt in den Zylinder 28 erfolgt über einen Flanschteil 40 oberhalb des konischen Kopfes 34.
Zur Wellenabdichtung ist über diesem Flansch eine Stopfbüchse 17 vorgesehen.
In dem Flanschteil 40 ist ein schmaler Kanal 40' vorge sehen, der von aussen bis zum Wellendurchgang führt, so dass Dampf kontinuierlich eingeführt werden kann, um das Durchtreten von Reaktionsmischung durch den Ring spalt zwischen der rotierenden Welle 38 und dem Flansch teil 40 zu verhindern. Der konische Kopf 34 ist in dieser
Ausführungsform ebenfalls mit einem konischen Dampf mantel 41 versehen, der einen Dampfeinlass 42 und einen
Dampfauslass 43 aufweist. Es ist notwendig, bei Appara ten mit direkter Dampfbeheizung die Dampfzufuhr auf einem gewissen konstanten Überdruck von etwa 2-3 kg/ cm2 über dem hydraulischen Druck der Apparatfüllung zu halten, der seinerseits durch Regulierung des Entspannungsventils 3 in der Entnahmeleitung einstellbar ist.
Wenn auch der Beheizungsapparat nach Fig. 7 durch den Rührmechanismus eine kompliziertere Konstruktion und damit eine etwas grössere Störanfälligkeit hat, zeichnet er sich doch durch besonders hohe Wirksamkeit und hervorragende Homogenität der Reaktionsprodukte aus, was gerade bei der Bereitung von Stärkekleister im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens von Bedeutung ist.
Das zweite verfahrenstechnische Problem liegt darin begründet, dass der viskose heisse Stärkekleister auf die hinsichtlich der Enzymaktivität optimale Temperatur abgekühlt werden muss, sich aber wegen seiner hohen Viskosität und der Neigung zur Retrogradation nur schlecht mit herkömmlichen Vorrichtungen wie Mehrrohrkühlern kühlen lässt. Dieses Problem wird erfindungsgemäss mit Erfolg durch die bereits anhand von Fig. 3 beschriebene Vorrichtung aus der doppelwandigen Entspannungskammer 4 und dem Kühlturm 7 gelöst. Dadurch dass die Entspannungskammer 4 am Kopf des Kühlturms 7 angeordnet und mit diesem über die perforierte Scheibe 6 verbunden ist, kann der Kleister, der von der Scheibe 6 fadenförmig herabfliesst, bei einer Kühlturmhöhe von 3-5 m durch Berührung mit der Luft augenblicklich gekühlt werden, ohne dass eine wesentliche Retrogradation der dispergierten Moleküle auftritt.
Diese Lösung ist also im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens von besonderer Bedeutung, da sie ausserordentlich wirkungsvoll ist.
Das dritte Problem tritt auf, wenn das Enzympräparat homogen in den viskosen Kleister eingemischt werden soll. Bekanntlich lässt sich dicker Stärkekleister nicht leicht in Wasser dispergieren, sondern es besteht die Gefahr, dass er an der Kesseloberfläche haftet oder sich um die rotierende Welle emporwindet. Das in Fig. 3 gezeigte Misch- oder Reaktionsgefäss 3 weist deshalb ein spezielles Rührwerk auf, welches so konstruiert ist, dass eine wirksame Durchmischung und Bildung einer gleichförmigen Dispersion gewährleistet ist, ohne dass der frisch eingebrachte Kleister sich auf den Gefässelementen sammeln kann. Dadurch wird eine Retrogradation des Kleisters vermieden, die bei einem zu langsamen Kontakt mit dem Enzym auftreten würde. Dieses Rührwerk besteht nun aus einem zylindrischen Käfig 8', der um seine zentrale Achse drehbar ist.
Diese Achse fällt zusammen mit einer Welle 8", an der eine Reihe von Rührflügeln angebracht sind. Durch das Zusammenwirken des Käfigrührers und dieser Rührflügel lässt sich der hochviskose klebrige Kleister wirksam mit dünner Flüssigkeit zu einem homogenen Substrat vermischen.
Die Vermischung erfolgt kontinuierlich unter optimalen Bedingungen, insbesondere bei einer konstanten, für die Enzymaktivität günstigen Temperatur (gegebenenfalls durch kontrollierte Zirkulation von Wasser konstanter Temperatur), indem der frische Kleister aus dem Kühlturm 7 nach Bedarf mit einem Teil einer vorangegange nen Charge vermengt, anteilmässig mit Enzymlösung aus dem Verratstank 9 versetzt und kräftig mit dem Rührwerk vermischt wird.
In Fig. 8 der Zeichnung sind die Unterschiede zwi schen dem herkömmlichen Verfahren (Kurve A) und dem nach der Erfindung (Kurve B) graphisch dargestellt. Auf der Abszisse ist die Zeit t in Minuten und auf der Ordi nate der erreichte maximale DE-Wert des Hydrolysats abgetragen. Man erkennt deutlich die verschiedenen Re aktionlgeschwindigkeften.
Beispiel 1
Stärkemilch (pH 5,2) mit einem Gehalt von 30% Stärke aus Süsskartoffeln (auf Trockengewicht bezogen) wird kontinuierlich in den in Fig. 3 dargestellten Erhitzer 2 eingespeist, und zwar mit einer solchen Geschwindigkeit, dass die Milch 5 Minuten zum Passieren des Erhitzers 2 benötigt. Durch kontrollierte Dampfzufuhr zu dem Erhitzer 2 wird die Temperatur des Kleisters auf 1400C gebracht.
Dieser 1400C heisse Kleister wird automatisch in der Kammer 4 entspannt, so dass Dampf von 1 000C abgetrennt wird. Der Stärkekleister fliesst aus der Kammer 4 durch die perforierte Platte 6 nach unten, welche den Kleister in viele viskose Stränge teilt. Diese fallen kontinuierlich durch die Luft in der Kammer 7 in das Reaktionsgefäss 8, wo der Kleisters bereits auf eine Temperatur von etwa 600 abgekühlt ankommt, nachdem er der Luft von Raumtemperatur ausgesetzt war. Die Viskosität des Kleisters beträgt etwa 23 000 cps bei 800C. Vorher wird 1 Teil pulverisiertes Malz etwa 1 Stunde mit 10 Teilen Wasser bei 400C extrahiert, u. das Filtrat mit Waschwasser von dem Rückstand wird auf etwa 10 Teile Lösung gebracht.
Dieser Extrakt wird mittels einer Messpumpe P kontinuierlich aus dem Gefäss 9 derart zugegeben, dass sich die Zufuhrgeschwindigkeiten von Stärke und Extrakt wie 10: 1 verhalten (d.h. trockene Stärke zu trockenes Malz gleich 100: 1). Die Reaktionstemperatur wird automatisch auf 55 - 600C gehalten, indem man heisses Wasser durch Mäntel oder Schlangen der Vorrichtungen zirkulieren lässt, mit denen die Konversion durchgeführt wird.
Der luftgekühlte fadenförmige Kleister kommt kontinuierlich in dem Reaktionsgefäss 8 an, in welchem er durch schnelles Rühren momentan zu einem Vorsubstrat niedriger Viskosität dispergiert wird. Diese Viskositätserniedrigung ist auf einen fortgeschrittenen Abbau der Moleküle zurückzuführen. Gleichzeitig wird - wie oben beschrieben - Enzymextrakt eingemischt. Das Volumen der Reaktionskammer 8 ist in diesem Fall ausreichend, die Kleistermenge aufzunehmen, die einem etwa zweistündigen kontinuierlichen Betrieb entspricht. Demzufolge sind die kontinuierlichen Konverter 10 hier nicht unbedingt notwendig.
Der Ablauf aus dem Gefäss 8 wird nach und nach mittels einer Pumpe P in ein anderes Reak tionsgefäss 11 übergeleitet und mehr als 2 Stunden nach dem Auffüllen des Gefässes mit Substrat unter leichtem Rühren auf 55 - 600C gehalten.
Esi st jedoch bequemer, die kontinuierlichen Konverter 10 zu benutzen, wenn das Gesamtvolumen der Mischkammer 8 und dieser Konverter 10 einer Verweilzeit des Substrates von etwa 4 Stunden entsprechen, um Stärke vollständig in Hydrolysat überzuführen. Der Reduktionswert des Substrates hat fast das Maximum erreicht, wenn es etwa 68,56% Maltose-Einheiten M.E. enthält. Der M.E.-Wert, der allgemein zur Angabe des p-Amylolyse- grades der Stärke benutzt wird, beruht üblicherweise auf der Annahme, dass die in dem Substrat enthaltenen Prozentanteile reduzierender Zucker aus fester Maltose bestehen.
Die Analyse des wie vorstehend beschrieben erhaltenen Produktes durch Papierchromatographie ergibt die folgende Zusammensetzung des Substrates: 0,7% Glucose, 60,6% Maltose, 10% Oligosaccharide (Triose, Tetraose) und 2840% höhere Polymere (vorzugsweise p Grenzdextrine).
Bei der Untersuchung der Lösung des Produktes tritt keine Jodfärbung auf, und das Hydrolysat lässt sich leicht mit Aktivkohle and anschliessende Filtration zu einer wasserklaren Lösung raffinieren, ohne dass diese Lösung feinste Kohlenstoffteilchen in Suspension hält oder dass irgendwelche Filtrationsschwierigkeiten auftreten, was auf einen vollen enzymatischen Abbau von Amylose-Fragmenten zurückzuführen ist.
Beispiel 2
Eine Milch von 30% Süsskartoffelstärke und einem pH-Wert von 5,5 wird zunächst mit #-Amylase-Präpara tion (aus Bac. Subtilis) vermischt. Das Verhältnis von a-Amylase-Präparation zur Stärke beträgt, auf Trockensubstanz bezogen, 0,25 Gew.-% und entspricht 20 amylolytischen Einheiten pro Gramm Stärke.
Verfahren, Einrichtungen und Reaktionsbedingungen sind ganz ähnlich wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme, dass die Verkleisterungszeit in dem Apparat 2 auf 10 Minuten ausgedehnt und die Temperatur der Paste auf l250C erhöht wurde. Unter diesen Bedingungen erfolgt der oc- amylolytische Abbau des Kleisters augenblicklich, wenn die Temperatur beim Ansteigen den Bereich passiert, der für die #-Amylase-Aktivität geeignet ist, nämlich etwa 70 - 950C. Sobald die Temperatur über 1000C steigt, wird die sc-Amylase in dem Kleister sofort inaktiviert.
Es wird also während einer sehr kurzen Reaktionsperiode eine geringfügige Zerlegung der Stärkemoleküle in Fragmente eintreten, wodurch der Kleister einen Reduktionswert von nur etwa 1% DE. erreicht, während dagegen seine Viskosität beträchtlich verringert wird, nämlich auf 150 cps bei 800C. Malzextrakt wird wie oben in Beispiel 1 beschrieben hergestellt und proportional der Paste in dem Reaktionsgefäss 8 zugegeben. Die nachfolgenden Verfahrensgänge sind ganz ähnlich wie in Beispiel 1.
Der M.E.-Wert des frAmylosats wird zu 68,72 bestimmt, und die papierchromatographische Analyse ergibt die Zusammensetzung: 1,1% Glucose, 58,32% Maltose, 12,94% Triose + Tetraose und 27,64% Dextrine.
Beispiel 3
Entsprechend dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wird eine Milch mit 30% Maisstärke bei l400C und 10 Minuten Verweilzeit in dem Apparat 2 gelatiniert.
Der in der Kammer 4 entspannte Kleister wird mit Hilfe der gleichen Einrichtungen und unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 in befriedigender Weise verzuckert. Die Viskosität des Kleisters beträgt bei 800C 25 000 cps, und der M.E.-Wert des #-Amylolysats wird zu 67,35cm, bestimmt. Die papierchromatographische Analyse ergibt 0,63% Glucose, 59,83C7c Maltose, 9,42% Triose + Tetraose und 30,13% Dextrine.
Beispiel 4
Durch einfache Veränderun3 des erfindungsgemässen Verfahrens ist es möglich, ein Produkt mit hohem Amylose-Anteil zu erzeugen, nämlich durch Hydrolyse von Stärkepaste, welche eine partielle Retrogradation erfahren hat, mit p-Amylase. Allgemein verfährt man wie folgt:
Die Verkleisterung der Stärke wird entsprechend den vorstehenden Beispielen durchgeführt. Statt jedoch die Stärke mit Enzymlösung zu vermischen, lässt man sie unter leichtem Rühren bei einer gewissen Temperatur retrogradieren.
Zu dem trüben Substrat wird frAmylase-Lö- sung zugefügt, um den im löslichen Zustand verbliebenen Anteil enzymatisch abzubauen, der vorherrschend Amylopektin ist. Nach 3 - 5 Stunden Inkubation wird die Reaktionsmischung zentrifugiert, um das flüssige Hydrolysat von dem unlöslichen Anteil abzutrennen, der vorherr schend aus Amylose besteht. Der Prozentsatz Amylose in diesem Anteil hängt von der Konzentration der Milch, der Kühltemperatur des Kleisters und der Zeitdauer ab.
30%ige Kartoffelstärkemilch wird bei ungefähr 1400C verkleistert und unter etwa 3stündigem Rühren in den Gefässen 8 und 11 allmählich auf 500C abgekühlt. Das trübe Substrat (pH 5,0- 5,5) wird, wie oben beschrieben, in dem Gefäss 11 mit Malzextrakt vermischt und in der Temperatur auf etwa 580C eingestellt. Nach drei Stunden Inkubation wird das Substrat zentrifugiert, um es durch Entfernung von Unlöslichem aus der Lösung zu klären. Dieses Unlösliche enthält mehr als 80% Amylose Fragmente, die durch Umkristallisation mit Wasser gereinigt werden können. Der M.E.-Wert des ,8-Amylolysats beträgt 60,72 und die Ausbeute an Amylose-Fraktion 19,4% bezogen auf die Stärke in trockenem Zustand.
Die Reinheit der Amylose-Fraktion wird auf mehr als 7580% geschätzt, wenn man berücksichtigt, dass der M.E. Wert des frAmylolysats der Amylose-Fraktion mehr als etwa 80% beträgt, wie in Beispiel 5 beschrieben ist.
Beispiel 5
Wenn die Amylose-Fragmente, die in dem Verfahren nach Beispiel 4 abgetrennt worden sind, nochmals als Milch bei 1450C zu Kleister verarbeitet und 3 Stunden bei 500C mit Malzextrakt aufgeschlossen werden, erreicht der Reduktionswert dieses Substrats mehr als 80%, wie beispielsweise im folgenden gezeigt ist: M.
E. des Substrats Zusammensetzung Glucose Maltose GlucoseMaltoseOligomere Dextrine Beispiel 5 A 88,9 3,3 79,4 11,8 5,5 Beispiel 5 B 91,6 2,9 86,5 8,5 2,1 Beispiel 5 C 90,9 3,1 82,3 10,4 4,4
PATENTANSPRUCH 1
Verfahren zur Stärkespaltung durch Verkleisterung von Stärkemilch in der Wärme und enzymatische Hydrolysierung der so erhaltenen Stärkepaste bei enzymspezifischer Optimaltemperatur, dadurch gekennzeichent, dass man eine Stärkemilch mit einem Feststoffgehalt von mehr als 20% kontinuierlich durch schnelles und homogenes Erwärmen auf etwa 120 bis 1600C verkleistert, die heisse Paste kontinuierlich schnell abkühlt, die benötigte Enzymmenge kontinuierlich einmischt und die Spaltung bei der Optimaltemperatur ablaufen lässt.
UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man die Verkleisterung bei 140 bis 1500C ausführt.
2. Verfahren nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man in die abgekühlte Paste die benötigte Enzymmenge sowie einen Teil eines bereits in seiner Viskosität verminderten Substrats kontinuierlich einmischt.
3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung der Stärkemilch durch direkte oder/und indirekte Dampfbeheizung sowie gegebenenfalls unter Rühren erfolgt.
4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man die Stärkepaste einer Entspan nungsverdampfung unterwirft und nach Vergrösserung ihrer freien Oberfläche durch direkten Wärmeaustausch mit Konvektionsluft abkühlt.
5. Verfahren nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die Paste schleier- oder fadenförmig durch die Kühlluft fliessen lässt.
6. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man die Stärkemilch vor der Erwärmung mit sc-Amylase versetzt.
7. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man die Paste mit 48-Amylase, vorzugsweise aus Malz, zu einem Hydrolysat spaltet, das
**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.
Method and device for splitting starch
The invention relates to a method u. a device for splitting starch by gelatinizing starch milk in the heat and enzymatic hydrolysis of the starch paste thus obtained at an enzyme-specific optimum temperature.
It is generally known that B-amylase has the ability to hydrolyze starch molecules gradually from the non-reducing end according to the respective structural principle of the molecule to maltose and 5-border dextrin. The optimum temperature for enzyme activity is 55 to 600C.
According to the conventional process of enzymatic starch splitting, starch milk is first liquefied by partial hydrolysis with heating to at least 70 ° C. in the presence of amylase or acid.
The actual saccharification is then carried out in the presence of B-amylase at 55 to 60.degree.
Under these process conditions, however, only a low degree of hydrolysis is generally achieved, corresponding to a syrup with a maltose content of about 50%.
The use of amyloglucosidase instead of, 5-amylase as the enzyme to saccharify the liquefied starch by this process results in a product that is about 94 to 971JE. Contains (dextrose equivalents) D-glucose (dextrose), which is also unsatisfactory.
The aim of the invention is a process for enzymatic breakdown of starch which leads to hydrolysates whose composition comes close to the theoretically maximum achievable values.
The method according to the invention is characterized in that a starch milk with a solids content of more than 20% is continuously gelatinized by rapid and homogeneous heating to about 120 to 160 ° C., preferably 140 to 150 ° C., and the hot paste required is continuously and rapidly cooled Amount of enzyme and optionally part of a substrate already reduced in viscosity is continuously mixed in and the cleavage is allowed to proceed continuously and / or discontinuously at the optimum temperature until the desired degree of degradation is reached.
According to the process of the invention, the p-amylolytic saccharification of starch gives a maltose syrup with 68 ME., Which consists of about 60% maltose, 26-28% border dextrin, about 10% oligomers and less than 2% dextrose, while conventional products 45-52% maltose, 22-30% border dextrin, 1220% oligosaccharides and 2-5% dextrose. According to the invention, amyloglucosidase can be used to produce a glucose with more than 99.0 DE. produce.
The differences between the products of the two processes are attributed to the conditions under which the enzymatic saccharification is carried out. The lower maltose content of the known products and their higher proportion of oligosaccharides and dextrose can certainly be attributed to the, oc-amylolysis, which precedes the main reaction, as well as to the hindrance of the enzyme attack on the hydrogen-linked parts of the starch molecules that were previously used Temperatures cannot yet be exposed. The hydrogen bonds of the unswollen starch, which are naturally formed in the starch micelles, are apparently only broken above 100 ° C., preferably at 120 ° C. or higher temperatures.
Under the conditions of the conventional method, however, apart from the incomplete dispersion of the starch molecules at temperatures below 1000C, significant proportions of amylose as well as outer chains or branches of amylopectin cannot be covered by the enzymatic breakdown, since they are in an associated state. Accordingly, the amount of maltose that is theoretically recoverable from starch is to reduce the amount that cannot be hydrolyzed by the presence of associated portions of starch molecules with intermolecular hydrogen bonds.
In particular, certain amounts of residual amylose are always found in the substrate which has been hydrolyzed by the conventional method with: B-amylase. The presence of amylose in the product, which can be detected by blue or violet coloring with iodine-iodine potassium solution, gives it some undesirable properties, for example an abnormal viscosity and an affinity for various suspended microfine solid particles. The affinity for suspensoids is extremely disruptive when the, 8-amylolysate is to be refined with fine activated charcoal, since the carbon microparticles are surrounded by amylose fragments in such a way that they cannot be separated by filtration or decantation, but instead form a dark-colored suspension.
In contrast to this, a hydrolyzate obtained by the process according to the invention contains - as stated - predominantly maltose and limiting dextrin, small amounts of oligosaccharides, traces of glucose and hardly any amylose fragments, so that these disadvantages are avoided.
The starch milk is preferably heated by direct or / and indirect steam heating and, if appropriate, with stirring.
The cooling is expediently effected by subjecting the starch paste to a relaxation evaporation and, after enlarging its free surface, by direct heat exchange with convection air, whereby the paste is preferably allowed to flow in the form of a veil or thread through the cooling air.
The paste prepared in the manner according to the invention is free of intermolecular linkages of molecules via hydrogen bonds and is therefore in a completely receptive state to the activity of any kind of amylase.
Malt extract also contains various enzyme specificities, in particular 5C- and 3-amylolytic activities, which are differentiated from one another with regard to the optimal temperature that activates these enzymes. In contrast to the #amylase, whose temperature optimum is around 800C or above, the # -amylase exerts its specific activity best at a relatively low temperature of 55-600C, producing predominantly maltose and border dextrin, along with small amounts of dextrose and varying amounts Oligosaccharides of which the latter are probably intermediate products of the conversion into maltose through further breakdown with the enzyme preparation.
If a. # Amylase preparation is added to the starch milk before it is gelatinized, starch molecules can be broken down to a small extent according to the dose of the added α-amylase and depending on the speed at which the temperature range of 80 when the milk is heated - 900C is passed, within which the exercise of the specific activity of i # amylase is favored. Even a small amount of d-amylolysis significantly reduces the viscosity of the resulting paste. Even if the decomposition reaction only takes place to such a small extent that the DE value of the paste is less than 1, the flowability of this paste is noticeably increased.
In this way, 3-amylolysate from large starch fragments presumably contains limiting dextrins of smaller molecular weight compared to those contained in p-amylolysates from paste prepared directly from starch.
The reaction time, in other words the residence time of the reaction mixture in the individual zones of the plant used, depends on the type and amount of the enzymes used, the nature of the starch, the desired degradation and other factors, as will be explained further below. It can easily be determined by the person skilled in the art according to the particular circumstances.
The temperature to which the starch paste is cooled after gelatinization also depends on the enzyme in question. As a rule, when using # -amylase and amyloglucosidase, it is preferable to cool to about 50-600C. The reaction vessels are equipped with heating jackets and coils to maintain or adjust the enzyme-specific optimum temperature.
When carrying out the process according to the invention, the prepared starch milk is preferably left at its natural pH value (5-6), i.e. neither acid nor base was added. However, it is not excluded to adjust the reaction mixture to the pH range which is most favorable for the respective enzyme. Acid liquefaction can also be carried out if necessary.
The method of the invention can be carried out with particular advantage in a system which is described below with reference to the drawing and which can be operated continuously with automatic devices.
Partial recycling of already treated substrate comes into consideration in particular if the viscosity of the fresh paste is to be reduced by adding liquefied paste, and can be omitted if this is not desirable or necessary. The point at which the substrate to be returned is branched off in the process also depends on the circumstances of the individual case. A person skilled in the art can easily make the decision on the basis of the explanation below, especially in the case of the system shown, which can be operated very flexibly.
Compared with the conventional methods, the advantages of the process according to the invention and its products can be summarized as follows: 1. High reproducibility of the composition of the
Hydrolyzate.
2. Good adaptability of the process to different
Types of starch regardless of their type and origin.
3. Characteristic composition of the products predominantly from maltose and # -limit dextrins of relatively high molecular weight.
4. Manufacturability of spray-dried products
Presence of large molecular weight limit dextrins.
5. Absence of amylose fragments (negative iodine staining reaction after p-amylolysis), since the action of p-amylase on the starch molecules that are free of hydrogen bonds is not hindered.
6. The liquids produced are easy to refine as they are not contaminated by residual amylose
Fragments occur that are those found in the product
Suspensoids envelop and achieve a clear
Filtrates would complicate.
The invention is explained and illustrated below with reference to the drawing, for example.
1 shows the essential stages of the conventional processes for the enzymatic saccharification of starch using a block diagram.
FIG. 2 also shows as a block diagram the essential stages of the process according to the invention for the enzymatic saccharification of starch.
Fig. 3 shows schematically a plant for carrying out the direct saccharification of starch paste according to the invention.
Fig. 4 is a cross-section through an apparatus for indirect steam heating or heating.
Fig. 5 for direct and indirect steam heating.
Fig. 6 only for direct steam heating, and
7 for direct and indirect heating with stirring.
Finally, FIG. 8 is a graphic representation of the DE value as a function of time.
First of all, Fig. 1 is explained:
In this figure, which illustrates the conventional processes, a) starch milk b) acid c) a-amylase preparation d) liquefaction e) ¯ # -amylase preparation f) amyloglucosidase preparation g) dextrin solution with DE 10-18 h) Digestion i) maltose syrup k) glucose
Fig. 2 shows the method according to the invention; the same reference numbers mean the same as in FIG. 1. The following letters are added: 1) continuous gelatinization m) cooling n) clear paste o) intermediate substrate p) products of different degrees of degradation
Temperatures, DE values and the like can be found in the block diagrams.
The method according to the invention is carried out in practice using devices as shown in FIG. In this figure, 1 denotes a storage tank for starch milk (solids content more than 20%) with devices for setting the Bé level. The apparatus 2 can be heated with steam S; the starch milk is continuously fed in via the measuring pump Po at such a speed that the dwell time of the starch in the apparatus 2 is about 5 to 10 minutes, and the temperature of the paste is brought to a value in the range of 120-1600C, preferably 130, by means of steam - 1400C, discontinued. The starch paste is continuously brought from the apparatus 2 via the expansion valve 3 into the expansion chamber 4.
The valve 3 adjusts itself to the predetermined constant pressure. The chamber 4 is provided with an inner cylinder for the separation of the steam from the paste, an outer cylindrical chamber for the discharge of the separated steam to the outlet and a perforated plate 6 at the bottom of the inner chamber through which the paste can pass in order to form many strands to flow down through the atmosphere in space 7 into the actual reaction vessel 8. This reaction vessel 8 is provided with a high-speed stirrer and has a volume suitable for receiving an amount of substrate corresponding to the
1 to 1 hour feed volume of the starch milk is sufficient. The maximum time required for the reaction has been determined to be about 5 hours under the conditions which are favorable for production on an industrial scale.
If a reaction vessel 8 with a small volume is to be used, the downstream continuous converter 10 must have a large volume so that the substrate can pass through both reaction spaces in at least 5 hours of total residence time.
If no such converter 10 is provided in the system of FIG. 3, another reaction vessel 11 will be provided, the volume of which is sufficient for the substrate to remain for an hour.
In practice, a plant which is suitable for the # -amylolysis of starch according to the method of the invention is preferably constructed in three parts, namely with the high-speed mixer 8, the converter 10 (even several) and the reaction tank 11.
This reaction tank 11 has a large volume and is run in batches, in contrast to the continuous operation of the two preceding reaction units, for which a small volume is sufficient. More than one reaction tank 11 can also be provided.
9-amylase solution extracted from malt is mixed with substrate in the correct ratio in the initial stage of the reaction. During the initial breakdown of large-molecular starch fragments, the reaction rate is so high that the starch molecules have little opportunity to reunite with one another (retrogradation). As the starch fragments break down, the formation of hydrogen bonds between the molecules is made more and more difficult under the same automatically controlled conditions.
The product running off from the continuous converter 10 is predominantly composed of 8-limit dextrin and maltose with accompanying oligosaccharins and an insignificant amount of glucose, which increases according to the extension of the reaction time due to the weak influence of the amylase present as an impurity.
The iodine-starch reaction is negative for this product, i.e. no residual amylose fragments are found that were prevented from being sufficiently degraded with p-amylase.
As indicated in FIG. 3, the enzymatic saccharification of starch paste is not always carried out in a specific circuit of the apparatus. For example, depending on the time required for the reaction, depending on the rate of addition and the type of enzyme and the number of reaction vessels 8 or their total volume, the continuous converter 10 can be dispensed with. On the other hand, the continuous converter or converters 10 will expediently be switched on before the discontinuous reaction tank (s) 11 if the vessel 8 is kept so small that it only fulfills a mixing function; In this way, part of the reaction mixture, which is diluted as a result of the progress of the reaction in this converter 10, can be fed back into the mixing vessel 8.
The paste can also be liquefied with the substrate during the reaction in the discontinuous reaction tank 11 by means of partial recycling.
These different procedures can be illustrated as follows:
EMI4.1
<tb> 1 <SEP> mixer <SEP> 8 <SEP> b <SEP> pump <SEP> P3 <SEP> ^ <SEP> line <SEP> A <SEP>> <SEP> tank <SEP> 11
<tb> SI <SEP> mixer <SEP> 8 <SEP> --- + <SEP> pump <SEP> P3 <SEP> "<SEP> line <SEP> A <SEP>" <SEP> tank <SEP> 11
<tb> <SEP> line <SEP> G <SEP> + <SEP> H <SEP> (part <SEP> of the <SEP> substrate) <SEP> P-- <SEP> pump <SEP> Pb
<tb> III <SEP> mixer <SEP> 8 <SEP> A <SEP> pump <SEP> P3 <SEP>> <SEP> lines <SEP> B + F <SEP>, <SEP> tank <SEP> 11
<tb> <SEP> lines <SEP> C;
; + H <SEP> (part <SEP> of the <SEP> substrate) <SEP> P-- <SEP> pump <SEP> P4
<tb> IV <SEP> mixer <SEP> 8 <SEP>) <SEP> pump <SEP> P3 <SEP>) <SEP> lines <SEP> B, C, D, F # <SEP> 4 <SEP> tank <SEP> 11
<tb> <SEP>> <SEP> lines <SEP> Q + H <SEP> (part <SEP> of the <SEP> substrate)
<tb> V <SEP> mixer <SEP> 8 <SEP> <<SEP> pump <SEP> P3 <SEP> 5 <SEP> lines <SEP> X, CbD> F <SEP> 5 <SEP> tank <SEP > 11
<tb> VI <SEP> mixer <SEP> s <SEP> # <SEP> pump <SEP> P3 - + <SEP> lines <SEP> B, C, D, E
<tb> V! I <SEP> mixer <SEP> 8 <SEP> e <SEP> pump <SEP> Pa <SEP> lines <SEP> C <SEP> + <SEP> E
<tb> VIII <SEP> the <SEP> other <SEP> circuits
<tb>
Which of the above process schemes is chosen depends on the type of reaction, the balance sheets of the respective systems and other requirements or operational expediencies.
For example, the technical process for producing maltose syrup (framylolysate) is usually carried out in about 4 hours, in contrast to amyloglucosidic saccharification. which takes more than 48 hours. Maltose syrup production can therefore also be carried out according to schemes VI or VII, omitting the discontinuous tank 11, if the total volume of the continuous system described is sufficient to ensure the residence time required for the reaction.
The>, -amylolytic degradation of starch to produce de>: trines generally requires a shorter reaction time compared to that of p-amylolysis. Since it is best carried out within an hour, the total volume of the plants for this reaction is considerably reduced when the same quantities of product are produced. In contrast, the amyloglucosidic saccharification of starch technically has to be carried out in a period of 50-70 hours, so that schemes I, II, III, IV and V are favorable for achieving almost complete degradation of the substrate by the process of the invention .
In the practical implementation of the method according to the invention, there are essentially three procedural problems which can, however, be solved by suitable construction of the apparatus in question. Some devices preferred according to the invention are therefore specified below, which are either already shown in the flow diagram of FIG. 3 or can take the place of the apparatus shown there.
The first of the aforementioned technological problems is the rapid, continuous and homogeneous heating of the starch milk to a temperature of around 1201600C.
Three preferred embodiments for the heating apparatus 2 of FIG. 3 are shown in FIGS. 4-7.
4 shows in cross section an apparatus with indirect steam heating, which takes place via a steam jacket 12 and a rotatable inner tube 13. The reaction mixture flows continuously through the annular interior space between the steam jacket 12 and the tube 13 from the inlet 14a to the inlet 14b. This tube 13 is not only used for heat exchange, but is also provided with blades 15 for stirring the reaction mixture.
The steam is introduced into the jacket 12 via the inlet 14 'and into the pipe 13 via the inlet 14 ″ and is drawn off from the jacket 12 via the outlet 16 and from the pipe 13 via the outlet 39. Positions 17 and 18 show FIG Stuffing boxes for sealing against the interior, while the bearings for the pipe 13 or its hollow-shaft ends are shown at 19, 20 and 21. The pipe 13 can be driven via the belt pulley 22. The members 23 and 24 provide the rotary connection between the pipe 13 The apparatus shown in Fig. 4 is particularly suitable for test systems and for processing relatively low throughputs, because it can easily be operated under precisely controllable conditions.
In large systems, however, difficulties can arise in terms of costs because a relatively large heating surface is required because of the low heat transfer coefficient to the reaction mixture, which in the present case is formed by the viscous paste.
For commercial production one will therefore prefer an apparatus according to FIGS. 5, 6 or 7, since these are favorable in terms of investment and operating costs. These three types are the same in that they use direct steam heating. Accordingly, they all have a vertical cylinder 28, an intermediate piece with baffles 27, a diffuser group 26 and a base part with an inlet 29 for reaction mixture in its central part and a plurality of steam injection nozzles 25 arranged in a ring around it, which are connected to the steam supply line via bends 30 and can be adjusted as required by means of needle valves 31. The diffuser group 26 is formed by the conical channels 32 and the narrow passages 33, the center lines of which lie in the jet direction of the nozzles 25.
This group of diffusers ensures effective contact and good mixing of the steam jets with the reaction mixture. The diffuser group 26 is followed by the intermediate piece with the baffles, which are in the form of helical coils, are tightly inserted into the cylindrical intermediate piece and have a high incline so that they deflect the powerful straight stream of reaction mixture and vapor. As a result, they not only slow down the high speed of the impacting medium, but also absorb the undiminished thermal energy contained in the vapor bubbles of the impacting foam. As a result, they act as heat exchangers between the medium of higher temperature and medium of lower temperature, so that the temperature distribution is uniform and heterogeneities in the state of the reaction mixture in this zone are avoided.
Furthermore, the guide plates 27 smooth turbulent flows. So they serve different purposes and are therefore particularly beneficial.
The cylinder 28, the conical head 34 on this cylinder 28 and the outlet 35 for the hot reaction mixture are also in all three apparatuses
Fig. 5, 6 and 7 designed similarly for the purpose of giving the reaction mixture a short but sufficient residence time.
The structural difference between the three apparatuses is that the type according to FIG. 6 only has the direct steam heating with several nozzles described above, while the apparatus according to FIG
Fig. 5 is also provided with a steam jacket 12 for indirect heating of the cylinder 28 from the outside, which can be carried out at the same time with the direct steam heating Runaway. The construction according to FIG. 7 is similar to that of FIG. 5, but differs from this in that, in addition, an agitator within the cylinder 28 is seen before. This agitator consists of the following
Share: above the head 34 is a support 37 for a
Bearing housing 36 arranged. This bearing housing 36 serves to guide a drive shaft 38 which is connected to a plurality of vanes 15. The passage into the cylinder 28 takes place via a flange part 40 above the conical head 34.
A stuffing box 17 is provided above this flange for shaft sealing.
In the flange part 40, a narrow channel 40 'is provided, which leads from the outside to the shaft passage, so that steam can be continuously introduced to prevent the passage of reaction mixture through the annular gap between the rotating shaft 38 and the flange part 40 . The conical head 34 is in this
Embodiment also provided with a conical steam jacket 41, which has a steam inlet 42 and a
Has steam outlet 43. In apparatus with direct steam heating, it is necessary to keep the steam supply at a certain constant overpressure of about 2-3 kg / cm2 above the hydraulic pressure of the apparatus filling, which in turn can be adjusted by regulating the expansion valve 3 in the extraction line.
Even though the heating apparatus according to FIG. 7 has a more complicated construction due to the stirring mechanism and thus a somewhat greater susceptibility to failure, it is nevertheless characterized by particularly high effectiveness and excellent homogeneity of the reaction products, which is particularly important in the preparation of starch paste as part of the inventive method of Meaning is.
The second procedural problem lies in the fact that the viscous, hot starch paste has to be cooled to the optimum temperature with regard to enzyme activity, but because of its high viscosity and the tendency to retrogradation, it is difficult to cool with conventional devices such as multi-tube coolers. According to the invention, this problem is successfully solved by the device comprising the double-walled expansion chamber 4 and the cooling tower 7, which has already been described with reference to FIG. Because the expansion chamber 4 is arranged at the head of the cooling tower 7 and connected to it via the perforated disk 6, the paste that flows down in a thread-like manner from the disk 6 can be instantly cooled by contact with the air at a cooling tower height of 3-5 m without significant retrogradation of the dispersed molecules occurring.
This solution is therefore of particular importance in the context of the method according to the invention, since it is extremely effective.
The third problem arises when the enzyme preparation is to be mixed homogeneously into the viscous paste. As is well known, thick starch paste cannot easily be dispersed in water, but there is a risk that it will stick to the boiler surface or wind up around the rotating shaft. The mixing or reaction vessel 3 shown in FIG. 3 therefore has a special stirrer which is designed to ensure effective mixing and formation of a uniform dispersion without the freshly introduced paste being able to collect on the vessel elements. This avoids retrogradation of the paste, which would occur if contact with the enzyme were too slow. This agitator now consists of a cylindrical cage 8 'which can be rotated about its central axis.
This axis coincides with a shaft 8 ″ to which a number of stirring blades are attached. The interaction of the cage stirrer and these stirring blades allows the highly viscous, sticky paste to be mixed effectively with thin liquid to form a homogeneous substrate.
The mixing takes place continuously under optimal conditions, in particular at a constant temperature favorable for the enzyme activity (if necessary through the controlled circulation of water at a constant temperature) by mixing the fresh paste from the cooling tower 7 with part of a previous batch, proportionally Enzyme solution from the treasury tank 9 is added and vigorously mixed with the stirrer.
In Fig. 8 of the drawing, the differences between the conventional method (curve A) and that according to the invention (curve B) are shown graphically. The time t in minutes is plotted on the abscissa and the maximum DE value achieved by the hydrolyzate is plotted on the ordinate. You can clearly see the different reaction rates.
example 1
Starch milk (pH 5.2) with a content of 30% starch from sweet potatoes (based on dry weight) is continuously fed into the heater 2 shown in Fig. 3, at such a rate that the milk takes 5 minutes to pass through the heater 2 required. The temperature of the paste is brought to 1400C by a controlled supply of steam to the heater 2.
This hot paste at 1400C is automatically expanded in chamber 4, so that steam at 1000C is separated. The starch paste flows down from the chamber 4 through the perforated plate 6, which divides the paste into many viscous strands. These fall continuously through the air in the chamber 7 into the reaction vessel 8, where the paste arrives already cooled to a temperature of about 600 after being exposed to the air at room temperature. The viscosity of the paste is about 23,000 cps at 800C. Before this, 1 part of powdered malt is extracted for about 1 hour with 10 parts of water at 40 ° C., u. the filtrate with washing water from the residue is brought to about 10 parts of solution.
This extract is added continuously from the vessel 9 by means of a measuring pump P in such a way that the feed rates of starch and extract are 10: 1 (i.e. dry starch to dry malt is 100: 1). The reaction temperature is automatically maintained at 55-60 ° C by circulating hot water through jackets or coils of the devices with which the conversion is carried out.
The air-cooled thread-like paste arrives continuously in the reaction vessel 8, in which it is momentarily dispersed to form a pre-substrate of low viscosity by rapid stirring. This decrease in viscosity is due to an advanced breakdown of the molecules. At the same time - as described above - enzyme extract is mixed in. In this case, the volume of the reaction chamber 8 is sufficient to accommodate the amount of paste which corresponds to approximately two hours of continuous operation. Consequently, the continuous converters 10 are not absolutely necessary here.
The outflow from the vessel 8 is gradually transferred to another reaction vessel 11 by means of a pump P and kept at 55 ° -600 ° C. for more than 2 hours after the vessel has been filled with substrate, with gentle stirring.
However, it is more convenient to use the continuous converter 10 if the total volume of the mixing chamber 8 and this converter 10 correspond to a residence time of the substrate of about 4 hours in order to completely convert starch into hydrolyzate. The reduction value of the substrate has almost reached the maximum when it contains about 68.56% maltose units M.U. contains. The M.E. value, which is generally used to indicate the degree of p-amylolysis of starch, is usually based on the assumption that the percentages of reducing sugars contained in the substrate consist of solid maltose.
Analysis of the product obtained as described above by paper chromatography gives the following composition of the substrate: 0.7% glucose, 60.6% maltose, 10% oligosaccharides (triose, tetraose) and 2840% higher polymers (preferably p limit dextrins).
When examining the solution of the product, no iodine coloration occurs, and the hydrolyzate can easily be refined to a water-clear solution with activated carbon and subsequent filtration without this solution holding the finest carbon particles in suspension or any filtration difficulties occurring, which indicates full enzymatic degradation is due to amylose fragments.
Example 2
A milk of 30% sweet potato starch and a pH of 5.5 is first mixed with # -amylase preparation (from Bac. Subtilis). The ratio of α-amylase preparation to starch, based on dry substance, is 0.25% by weight and corresponds to 20 amylolytic units per gram of starch.
The procedure, equipment and reaction conditions are quite similar to Example 1 with the exception that the gelatinization time in apparatus 2 was extended to 10 minutes and the temperature of the paste was increased to 125 ° C. Under these conditions, the oc-amylolytic degradation of the paste takes place instantaneously when the temperature, as it rises, passes the range suitable for the # -amylase activity, namely around 70-950C. As soon as the temperature rises above 1000C, the sc-amylase in the paste is immediately inactivated.
During a very short reaction period there will be a slight breakdown of the starch molecules into fragments, giving the paste a reduction value of only about 1% DE. while its viscosity is considerably reduced, namely to 150 cps at 800C. Malt extract is prepared as described above in Example 1 and added proportionally to the paste in the reaction vessel 8. The following procedures are very similar to those in Example 1.
The M.E. value of the framylosate is determined to be 68.72, and the analysis by paper chromatography gives the composition: 1.1% glucose, 58.32% maltose, 12.94% triose + tetraose and 27.64% dextrins.
Example 3
In accordance with the method described in Example 1, a milk with 30% corn starch is gelatinized at 1400.degree. C. and a residence time of 10 minutes in apparatus 2.
The paste relaxed in the chamber 4 is saccharified with the aid of the same devices and under the same conditions as in Example 1 in a satisfactory manner. The viscosity of the paste is 25,000 cps at 800C and the M.E. of the # -amylolysate is determined to be 67.35 cm. Analysis by paper chromatography shows 0.63% glucose, 59.83C7c maltose, 9.42% triose + tetraose and 30.13% dextrins.
Example 4
By simply changing the process according to the invention it is possible to produce a product with a high amylose content, namely by hydrolysis of starch paste, which has undergone partial retrogradation, with p-amylase. The general procedure is as follows:
The pasting of the starch is carried out according to the previous examples. Instead of mixing the starch with the enzyme solution, however, it is allowed to retrograde at a certain temperature with gentle stirring.
Framylase solution is added to the cloudy substrate in order to enzymatically break down the portion that has remained in the soluble state, which is predominantly amylopectin. After incubation for 3-5 hours, the reaction mixture is centrifuged to separate the liquid hydrolyzate from the insoluble fraction, which consists predominantly of amylose. The percentage of amylose in this proportion depends on the concentration of the milk, the cooling temperature of the paste and the length of time.
30% potato starch milk is gelatinized at about 1400C and gradually cooled to 500C in vessels 8 and 11 while stirring for about 3 hours. The cloudy substrate (pH 5.0-5.5) is, as described above, mixed with malt extract in vessel 11 and the temperature is adjusted to about 580C. After three hours of incubation, the substrate is centrifuged to clarify by removing insolubles from the solution. This insoluble matter contains more than 80% amylose fragments, which can be purified by recrystallization with water. The M.E. value of the, 8-amylolysate is 60.72 and the yield of amylose fraction is 19.4% based on the starch in the dry state.
The purity of the amylose fraction is estimated to be greater than 7580%, taking into account that the M.E. Amylolysate value of amylose fraction is greater than about 80%, as described in Example 5.
Example 5
If the amylose fragments, which have been separated off in the process according to Example 4, are again processed into paste as milk at 1450C and digested with malt extract for 3 hours at 500C, the reduction value of this substrate reaches more than 80%, as shown, for example, in the following is: M.
E. of the substrate Composition Glucose Maltose GlucoseMaltoseOligomer Dextrins Example 5 A 88.9 3.3 79.4 11.8 5.5 Example 5 B 91.6 2.9 86.5 8.5 2.1 Example 5 C 90, 9 3.1 82.3 10.4 4.4
PATENT CLAIM 1
Process for splitting starch by gelatinizing starch milk in the heat and enzymatic hydrolysis of the starch paste obtained in this way at an enzyme-specific optimum temperature, characterized in that a starch milk with a solids content of more than 20% is continuously gelatinized by rapid and homogeneous heating to around 120 to 1600C, which hot paste continuously cools rapidly, the required amount of enzyme is continuously mixed in and the cleavage takes place at the optimal temperature.
SUBCLAIMS
1. The method according to claim I, characterized in that the gelatinization is carried out at 140 to 1500C.
2. The method according to claim I or dependent claim 1, characterized in that the required amount of enzyme and part of a substrate which is already reduced in viscosity is continuously mixed into the cooled paste.
3. The method according to claim I, characterized in that the starch milk is heated by direct and / or indirect steam heating and optionally with stirring.
4. The method according to claim I, characterized in that the starch paste is subjected to a relaxation evaporation and, after enlarging its free surface, is cooled by direct heat exchange with convection air.
5. The method according to dependent claim 4, characterized in that the paste is allowed to flow in the form of a veil or thread through the cooling air.
6. The method according to claim I, characterized in that sc-amylase is added to the starch milk before it is heated.
7. The method according to claim I, characterized in that the paste is cleaved with 48-amylase, preferably from malt, to form a hydrolyzate which
** WARNING ** End of DESC field could overlap beginning of CLMS **.