La présente invention a pour objet un procédé de préparation d'un agent édulcorant à base d'amidon et de saccharose, pratiquement exempt de sucres réducteurs, caractérisé en ce que:
a) on soumet un mélange de saccharose et de dextrine en milieu aqueux à l'action de la cyclodextrine-glucosyl-transferase jusqu'à ce que le glucose et les oligosaccharides produits par l'action de l'enzyme de ladite dextrine soient liés aux molécules dudit saccharose, et que le mélange soit pratiquement exempt de cyclodextrine: et
b) on purifie le mélange aqueux ainsi obtenu.
Lorsqu'on soumet un mélange aqueux d'amidon et de saccharose à l'action de la cyclodextrine-glucosyl-transferase provenant de Bacillus macerans, la cyclodextrine est formée en tant que sous-produit, et le sirop obtenu est trouble. On peut éviter la formation de la cyclodextrine en remplaçant l'amidon comme matière de départ par un oligosaccharide ayant un équivalent dextrose (E.D.) de 15 ou sensiblement supérieur, qu'on obtient par hydrolyse de l'amidon avant de l'exposer à la
C.G.T. Cependant, le sirop obtenu dans ces conditions contient des quantités appréciables de sucres réducteurs qui ont pour origine l'hydrolysat d'amidon, et le produit est relativement instable pour cette raison.
On a maintenant trouvé que lorsqu'on soumet de l'amidon liquéfié (partiellement hydrolysé) à l'action de la C.G.T. qu'on peut obtenir à partir de Bacillus macerans et de Bacillus megaterium, il est converti en cyclodextrine et en oligo-saccharides, et la réaction se termine alors. Lorsqu'on soumet un mélange d'amidon soluble et de saccharose à la même enzyme, la cyclodextrine est produite initialement, mais ensuite elle est complètement consommée et finalement on obtient un sirop dans lequel des radicaux d'oligosaccharides sont fixés aux fragments glucoses du saccharose, et il ne reste pas une quantité importante de sucres réducteurs.
La quantité de cyclodextrine qui s'accumule pendant le stade initial de la réaction dépend du poids moléculaire de l'amidon utilisé et du rapport amidon:saccharose dans le mélange. La formation de la cyclodextrine est gênée par l'utilisation d'un amidon ayant un poids moléculaire plus bas et lorsqu'on augmente la quantité de saccharose dans le mélange.
Du moment qu'il est nécessaire d'utiliser de l'amidon liquéfié qui n'est pas trop sévèrement hydrolysé afin d'éviter la présence de sucres réducteurs, la formation de cyclodextrine est inévitable. Cependant, on peut consommer complètement la cyclodextrine, soit en prolongeant le temps réactionnel soit en augmentant la quantité d'enzyme utilisée, les autres conditions restant inchangées.
La température réactionnelle optimum de la C.G.T. est de 50 à 600C. A cette température, des hydrolysats d'amidon ayant une valeur E.D. extrêmement basse sont dégradés et la viscosité du produit s'élève brusquement. Lorsqu'on utilise des hydrolysats d'amidon ayant une valeur E.D. très basse, par exemple 5 ou moins, il faut conduire la réaction enzymatique en une courte période de temps afin d'empêcher la rétrogradation de l'hydrolysat d'amidon et la contamination du produit avec l'amidon n'ayant pas réagi. La cyclodextrine obtenue inévitablement est transférée au saccharose et disparaît pendant les stades finals de la réaction de manière à ne pas rendre trouble le sirop obtenu finalement.
On peut convertir des hydrolysats d'amidon ayant une valeur E.D. bas contenant des saccharides ramifiés en polysaccharides ayant des chaînes droites seulement au moyen d'enzymes déramifiantes telles que la pullurase qu'on peut obtenir à partir de aerobacter aerogenes ou l'iso-amylase qu'on peut obtenir à partir de pseudomonas amylodermosa. La transformation du saccharose en un oligosaccharide ayant un fragment fructose et une chaîne de fragment de glucose fixé au fructose est renforcée par la conversion des polysaccharides ramifiés en polysaccharides à chaîne droite.
Lorsque le mélange réactionnel contient relativement peu d'amidon soluble, une portion importante du saccharose présent ne réagit pas et le rapport entre le saccharose fixé aux chaînes d'oligosaccharide et le saccharose total, c'est-à-dire le rapport de transfert, diminue et le goût du saccharose domine le goût sucré du composé de l'invention.
Lorsque le saccharose et l'hydrolysat d'amidon sont présents initialement en quantités égales, 50% à 70% du saccharose est soumis à la transformation, et le produit présente le goût sucré et l'arôme agréable d'un agent édulcorant. Lorsqu'on augmente encore la quantité d'amidon, le rapport de transfert du saccharose s'élève au-dessus de 60%, mais le poids moléculaire du produit augmente, et la douceur diminue dans une certaine mesure à cause du manque d'une quantité suffisante de saccharose comme accepteur pour les chaînes d'oligosaccharide. Dans ces conditions, il est aussi nécessaire d'augmenter la quantité d'enzyme utilisée et/ou d'augmenter le temps réactionnel afin de consommer complètement la cyclodextrine formée initialement comme sous-produit.
On obtient un sirop moins doux que celui qu'on obtient à partir de quantités égales de saccharose et d'amidon, mais qui est plus visqueux, encore plus stable thermiquement et tout-à-fait exempt de sucres réducteurs.
La quantité de matière solide présente dans le mélange aqueux pendant la réaction enzymatique joue un rôle sur les propriétés du produit final obtenu. Dans un substrat dont les solides consistaient en quantités égales de saccharose et d'amidon, le rapport de transfert était de 40% lorsque la teneur en solide du support était de 15%, et de 50 à 70% dans des conditions identiques par ailleurs, lorsque la teneur en solide du substrat était augmentée jusqu'à 50%. Ainsi, la concentration la plus avantageuse en hydrolysat d'amidon ou en dextrine est de 20% à 30%.
Des enzymes utilisables dans la présente invention proviennent de souches de B. macerans et B. megaterium, produisant une enzyme, telles que Bacillus macerans IFO 3490 et IAM 1227, des souches 17-A qui ressemblent aux souches de variétés T-5 (FERMP No 935), T-10, T-26F, etc. de Bacillus macerans et Bacillus megaterium. On peut aussi utiliser des enzymes obtenues à partir d'autres souches.
Le tableau I illustre les effets des enzymes produites par différentes souches. On a obtenu l'enzyme des souches 17-A par la dilution d'un bouillon de culture ayant une activité de 350 unités par ml (Tilden-Hudson) à 53 unités par ml, puis en ajoutant 1 ml du bouillon dilué par gramme d'amidon au substrat. On a préparé l'enzyme de la souche de variété T-5 de
B. megaterium en diluant le bouillon 1,75 fois, et on a utilisé le bouillon de culture de T-26F non dilué pour obtenir la même activité. On a ajusté le pH de chaque mélange de fermentation jusqu'à la valeur optimum de 5,5.
Tous les substrats contenaient 50% de solides, les rapports saccharose:amidon étaient ceux indiqués, et les temps de réaction étaient de 2 jours (approximativement 48 heures) à 550C dans chaque cas. Le tableau indique la quantité de sucres réducteurs dans le produit en tant que pourcentage de la totalité du sucre présent et le rapport de transfert en pourcents.
Dans les conditions esquissées plus haut, la cyclodextrine avait complètement disparu. On a calculé le rapport de transfert en soumettant le mélange de fermentation à un essai par chromatographie sur papier pour le fructose, et de manière analogue on a isolé la cyclodextrine par chromatographie sur papier et on en a estimé la quantité d'après la réaction colorée avec l'iode.
Tableau J
Saccharose 17-A T-26F T-5 :Amidon Sucre réducteur Rapport de Sucre réducteur Rapport de Sucre réducteur Rapport de
en % transfert en % en So transfert en % en % transfert en % 2:1 1,05 37,7 0,83 43,6 0,88 45,5 3:2 0,99 47,0 0,82 50,0 0,85 49,5 1:1 1,05 58,1 1,06 60,1 1,01 58,8 1:2 1,10 73,3 1,02 74,0 0,89 74,0 1:4 1,11 83,2 1,12 85,0 0,99 84,2 1:6 1,13 88,0 1,40 90,2 1,24 89,1 1:8 1,25 88,0 1,47 91,1 1,37 90,0
Lorsqu'on a réduit les solides présents jusqu'à 25% qui consistaient en quantités égales d'amidon et de saccharose, les valeurs de sucres réducteurs pour les trois souches étaient de 1,10, 1,06 et 1,19% respectivement, et les rapports de transfert de 49,7, 54,9 et 52,7%. Dans chaque cas on pouvait déceler des traces de cyclodextrine.
Avec une concentration en solides de 16,7% (saccharose:amidon, 1:1), les valeurs pour le sucre réducteur étaient de 1,28, 1,18 et 0,91, et les rapports de transfert étaient de 41,3, 43,7 et 45,6% en poids. On a trouvé des quantités significatives, bien que petites, de cyclodextrine dans chacun des trois mélanges réactionnels, ce qui indiquait que des concentrations plus élevées en enzyme ou des temps réactionnels plus longs étaient nécessaires.
Tandis que les essais comparatifs décrits dans le tableau I ont été conduits avec les bouillons de culture des divers microorganismes, on a obtenu des résultats identiques ou voisins au moyen de préparations d'enzyme obtenues par relarguage du bouillon et une nouvelle purification et concentration, par exemple en précipitant l'enzyme au moyen d'un solvant miscible avec l'eau, comme il est coutumier. Bien que les activités des différents bouillons diffèrent, les différences ne sont que quantitatives et on peut les compenser en faisant varier la quantité utilisée.
L'amidon soluble utilisé peut avoir une origine quelconque.
Des amidons de céréales tels que l'amidon de mais ou l'amidon de blé sont équivalents aux amidons de tubercules de racines, tels que ceux provenant des pommes de terre, des patates douces, de manioc ou de sagou. Des amidons solubles ou liquéfiés peuvent être obtenus à partir d'amidon crû par hydrolyse acide ou en utilisant des enzymes. On préfère un amidon liquéfié par des enzymes, tel que l'ot-amylase, parce qu'il contient une plus petite fraction d'oligosaccharide à poids moléculaire bas. Avantageusement, l'hydrolysat d'amidon a un équivalent de dextrose (E.D.) de 10 ou moins, et de préférence une valeur E.D. de 0,5 à 5, afin d'éviter les propriétés réductrices.
Un mélange initial 1:1 de saccharose et d'amidon donne un sirop qui est extrêmement doux. Lorsqu'une viscosité plus élevée et une stabilité thermique élevée sont plus importantes que la douceur, on peut combiner une quantité d'amidon aussi grande que 10 parties pour 1 partie de saccharose, les parties étant en poids sauf indication contraire. Avec un rapport élevé amidon:saccharose, il faut utiliser plus d'enzyme ou augmenter le temps réactionnel pour obtenir une décomposition complète de la cyclodextrine. De préférence on maintient une concentration initiale en solides d'environ 50%.
On choisit la température réactionnelle et le pH suivant l'enzyme particulière utilisée. Un pH compris entre 4,5 et 8,0, et une température de 45 à 60OC conviennent le mieux pour des enzymes provenant des souches 17-A ou T-5.
Le temps réactionnel dépend de l'activité de l'enzyme. On préfère choisir la concentration en enzyme de manière que la réaction soit complète dans les deux jours, avec une disparition complète de la cyclodextrine insoluble.
On chauffe la solution obtenue par l'action enzymatique afin d'inactiver l'enzyme, puis on la purifie de manière classique avant de l'utiliser dans un aliment. Parmi les procédés de purification utilisés on peut citer l'utilisation de charbon actif, suivie de la séparation des cations par échange ionique. On obtient un sirop d'amidon incolore, transparent et inodore, qu'on peut partiellement évaporer pour augmenter sa viscosité, ou sécher par pulvérisation pour obtenir une poudre soluble dans l'eau.
La composition du produit varie suivant le rapport des hydrolysats d'amidon:saccharose dans le substrat. Elle consiste essentiellement en malto-oligosylfructose et en petites quantités de saccharose et d'olisaccharide. Le tableau II donne la liste des produits obtenus dans des conditions, identiques par ailleurs, lorsqu'on fait varier le rapport saccharose:amidon de 2:1 à 1:4. Les sucres réducteurs et les rapports de transfert sont exprimés en pourcents comme dans le tableau I. (GFS) indique le pourcentage associé du glucose, du fructose et du saccharose. Les valeurs A indiquent des saccharides transférés ayant un taux de polymérisation (D.P.) inférieur à 9. Les B sont des saccharides transférés ayant un indice (D.P.) égal ou supérieur à 9, et O indique des oligosaccharides; toutes ces valeurs sont en pourcents en poids.
On a diminué graduellement la douceur depuis une valeur très douce avec un rapport saccharose:amidon 2:1 jusqu'à très peu de douceur dans le sirop très visqueux obtenu avec un rapport 1:4.
Tableau II
Saccharose Sucre Rapport de (GFS) (A) (B) (O) :Amidon réducteur transfert 2:1 0,85 43,5 38,0 50,7 5,3 6,0 1:1 1,01 58,3 21,0 63,5 4,5 11,0 1:2 1,03 72,0 9,0 70,2 3,3 17,5 1:4 1,15 85,0 2,1 75,0 3,0 20,5
Le rapport de transfert est affecté favorablement si on ajoute de l'amylopectin-1,6-glucosidase à l'amidon avant la réaction de saccharification.
Les sirops de saccharose et d'amidon obtenus en premier lieu par la réaction et les poudres sèches obtenues à partir des sirops contiennent comme ingrédients principaux de nouveaux oligosaccharides dans lesquels le rapport glucose:fructose peut varier de 1:1 à 9:1 et même plus, et qu'il ne présente pas de propriétés réductrices importantes. Leur douceur peut être aussi forte que celle d'un poids égal de saccharose, mais il a une nature sensiblement différente que la plupart des gens trouvent plus agréable. A cause de l'absence de quantités importantes de sucres réducteurs, les composés de l'invention sont thermiquement stables et stables en présence de composés azotés qui réagissent avec les sucres réducteurs pour former
des produits réactionnels colorés de Maillard. Ils ne subissent
pas la réaction de Strecker.
Bien qu'ils soient exempts de 3 dextrine à poids moléculaire élevé, ils peuvent former des
solutions visqueuses qui sont avantageuses dans de nombreux
produits alimentaires, et ils ont une stabilité thermique excep
tionnellement élevée lorsqu'on les prépare à partir d'un
mélange riche en amidon.
Lorsqu'on a soumis une solution de saccharose, un sirop de
la présente invention préparé à partir de parties en poids
égales d'amidon et de saccharose, une solution de glucose et
une solution d'amidon ayant une valeur E.D. de 40, dans des
conditions comparables, à la réaction de Maillard avec une
polypeptone pendant 10, 20 et 50 minutes, et qu'on a mesuré
l'absorption des produits réactionnels à 480 mu, on a obtenu
les résultats suivants:
Tableau III
Saccharose Sirop E.
D. 40 Glucose 10 minutes 0a0 0,018 0,205 1,08 30 minutes 0,03 0,088 0,88 > 2 50 minutes 0,08 0,265 > 2 > 2
Lorsqu'on a soumis les quatre solutions indiquées dans le tableau III à des températures de 100 1200 et 130OC pendant 30 minutes, et qu'on a mesuré les valeurs d'absorption à 480 mu comme ci-dessus, on a obtenu les résultats suivants:
Tableau IV
Saccharase Sirop E. D. 40 Glucose
lOOoC 0,0 0,0 0,0 0,0
1200C 0,03 0,088 0,88 > 2 130"C 0,375 0,700 > 2 > 2
Les produits préparés à partir de mélanges ayant une teneur élevée en saccharose ont un faible taux de polymérisation et ils sont très sucrés.
Cependant, pour une douceur égale, les solutions sont plus visqueuses que celles de saccharose. Si le rapport sucre:amidon diminue, la douceur diminue et la viscosité augmente encore, et ces deux propriétés sont précieuses dans de nombreuses sortes d'aliments, y compris des bonbons, des chocolats, des caramels, des biscuits, des articles de confiserie, le pain, des biscuits de Savoie, d'autres articles de pâtisserie, le lait condensé, évaporé et en poudre, de nombreuses sortes d'aliments prêts à l'emploi, des boissons non alcooliques, gazeuses ou non, le café prêt à l'emploi, les jus de fruits, des boissons à base d'acide lactique tellles que le babeurre et le yogourt, des glaces, des sorbets, des desserts réfrigérés, des potages prêts à l'emploi et toutes sortes d'aliments de conserve.
On choisit aisément les types de sirop pour une utilisation particulière d'après les données de douceur et de viscosité. On a préparé des sirops ayant une teneur en solides de 70% selon l'invention à partir de mélanges 1:1 de saccharose et d'amidon et à partir d'amidon ayant une forte teneur en maltose. A 220C, 400C et 60OC le sirop de l'invention avait des viscosités de 1380, 386 et 153 centipoises respectivement, tandis que le sirop à base d'amidon à forte teneur en maltose avait des viscosités correspondantes de 1000, 233 et 131 centipoises.
Des bonbons préparés par évaporation à sec du sirop précité à 140OC étaient moins hygroscopiques que des bonbons préparés de la même manière à partir de sirop à base d'amidon à forte teneur en maltose précité ou à partir de sirop d'amidon ayant une valeur E.D. de 43. On a emmagasiné les divers lots de bonbons à 300C et avec une humidité relative de 80% pendant le même temps, et on a calculé l'augmentation de la surface recouverte par chaque bonbon après une période d'essai uniforme. L'augmentation de la surface pour les bonbons de la présente invention ne représentait qu'une fraction de l'augmentation de la surface correspondante pour ceux des autres types.
A cause de leur faible hygroscopicité pour une valeur D.P. élevée, les oligosaccharides de la présente invention sont des agents stabilisants et de dispersion efficaces pour les aliments et ils empêchent la cristallisation dans des aliments ayant une forte teneur en glucose ou en saccharose cristallisable, comme dans les bonbons durs. Pour des raisons qu'on a pas encore établies complètement, les produits de l'invention améliorent la texture et la durée d'emmagasinage des produits
de pâtisserie et la saveur des boissons à base de fruits. Ils stabilisent la protéine dans les boissons à base d'acide lactique
telles que le babeurre.
Les exemples suivants illustrent l'invention.
Exemple 1
On a dissous 20 parties d'amidon soluble et 20 parties de
saccharose pulvérisé dans 60 parties d'eau, et on a ajusté le pH
de la solution à 5,5 à 600C. On a ajouté l'enzyme relarguée
d'une culture de souches 17-A à la solution chaude à raison de
53 unités Tilden-Hudson par gramme d'amidon, et on a incubé
le mélange pendant 2 jours, et à ce moment la cyclodextrine
présente initialement dans la solution avait disparu complète
ment, ce qui était indiqué par une réaction négative envers
l'iode.
On a décoloré le bouillon avec du carbone activé, puis on l'a
purifié en le faisant passer sur une résine échangeuse d'ions à
basse température. On a évaporé partiellement le liquide
purifié ainsi obtenu pour obtenir un sirop incolore, transparent
et inodore et qui avait une saveur sucrée intense très différente
de celle d'un sirop de saccharose. On a trouvé que le rapport
de transfert était supérieur à 60%.
Lorsqu'on a encore évaporé le sirop par chauffage direct
pour chasser pratiquement toute l'eau présente, on a obtenu .des bonbons durs incolores tout-à-fait transparents, peu hygroscopiques et ayant une saveur sucrée forte et agréable.
Exemple 2
On a mélangé une suspension d'amidon à 35% préparée à partir d'amidon de pommes de terre purifié avec 0,2% d'amy lopectin-ol-1,6-glucosidase, et on a gardé le mélange à pH = 6,0 et 90OC jusqu'à ce que l'équivalent de dextrose (E.D.) de l'hydrolysat avait la valeur 5. On a alors dilué l'amidon liquéfié avec de l'eau chaude jusqu'à une teneur en solides de 20%, et on a ajouté du saccharose pulvérisé à raison de 150% de l'amidon. Après avoir ajusté le pH à 5,5 et la température à 570C, on a ajouté 25 unités de C.G.T. purifié provenant de la souche T-5 par gramme d'amidon présent, et on a incubé le bouillon pendant 2 jours, et on a alors inactivé l'enzyme par chauffage. Après purification comme dans l'exemple 1, on a obtenu une solution incolore.
Elle était très sucrée et n'était pas affectée par un chauffage prolongé. Le rapport de transfert était de 58%.
Exemple 3
On a ajusté le pH d'une suspension à 35% d'amidon de maïs dans l'eau à 6,0, et on a ajouté 0,2% d'amylopectin-a- 1,6-glucosydase (par rapport à la teneur en amidon solide). On a liquéfié l'amidon jusqu'à une valeur E.D. de 3 par un bref chauffage à 90-950C en agitant. On a ajouté une partie de saccharose pour 7 parties d'amidon pour amener la teneur en solides jusqu'à 40%, et on a ajusté le pH de la solution à 5,5 et à 600C. On a ajouté 55 unités de C.G.T. par gramme de solide sous forme d'un bouillon de culture de souches 17-A, et on a incubé le mélange pendant trois jours, et à ce moment la cyclodextrine avait disparu.
On a désactivé l'enzyme par chauffage, et on a purifié le bouillon comme il est décrit dans l'exemple 1, et on l'a partiellement évaporé. Le sirop ainsi obtenu présentait un rapport de transfert supérieur à 90%. Il était moins sucré que les produits obtenus dans les exemples 1 et 2 et il était plus visqueux. Il était encore plus stable aux températures élevées et la matière solide obtenue à partir du sirop par séchage complet était peu hygroscopique.
Exemple 4
On a mélangé une suspension à 35% d'amidon de pommes de terre dans l'eau avec 0,2% de l'enzyme décrite plus haut, par rapport au poids d'amidon, et on a gardé le mélange à pH = 6,0 et à 90930C jusqu'à liquéfaction de l'amidon jusqu'à une valeur E.D. de 10. On a alors refroidi le mélange, on a ajouté du saccharose pour amener la teneur totale en solides jusqu!à 50%, et on a ajusté le pH à 5,5 et la température à 55oC. On a ajouté de l'enzyme relarguée d'un bouillon de souches T-26 à raison de 55 unités par gramme d'amidon, et on a conduit la fermentation par incubation pendant 2 jours.
On a travaillé le bouillon comme dans les exemples précédents, et on a obtenu un sirop extrêmement sucré, incolore et transparent contenant environ 4% de sucres réducteurs, par rapport à la totalité du sucre présent. Et pourtant ce sirop était plus sucré, et avait des meilleures propriétés réductrices et une meilleure stabilité thermique que le sirop correspondant préparé par hydrolyse de l'amidon. Le rapport de transfert était de 45%.
Exemple 5
On a gélifié une suspension à 30% d'amidon de maïs purifié dans de l'eau par chauffage à 1700C, avec un pH = 5,0 jusqu'à une valeur E.D. de 2. On a ajouté une quantité de saccharose égale à la quantité d'amidon pour augmenter la teneur en solides jusqu'à environ 40%, et on a ajusté le pH du mélange à 5,5 et la température à 550C. On a ajouté 50 unités de C.G.T.
obtenues à partir de souches 17-A par gramme d'amidon, et on a incubé le bouillon pendant 2,5 jours, puis on l'a travaillé pour obtenir un sirop purifié comme dans les exemples précédents, on l'a évaporé jusqu'à une concentration de 60%, et on l'a pulvérisé à partir d'un bec dans un courant d'air à 150oC.
La poudre obtenue par ce séchage par pulvérisation contenait encore 3% d'humidité, il avait un goût sucré et une saveur agréable et il était pratiquement exempt de sucres réducteurs.
Selon une variante du procédé, on a refroidi la solution gélifiée d'amidon de 1700C jusqu'à 550C et on a ajusté son pH à 5,5 puis on a ajouté 20 unités de pulluranase pour chaque gramme d'amidon pour décomposer les chaînes latérales d'aminopectine dans l'amidon en chaînes linéaires. Ensuite, on a ajouté l'enzyme C.G.T. et le saccharose comme ci-dessus. La viscosité du mélange réactionnel était plus basse que si on ne l'avait pas traitée avec la pulluranase et le rapport de transfert était augmenté.