CN105452489A - 用于糖处理的组合物、方法和试剂盒 - Google Patents

用于糖处理的组合物、方法和试剂盒 Download PDF

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CN105452489A CN201480044906.1A CN201480044906A CN105452489A CN 105452489 A CN105452489 A CN 105452489A CN 201480044906 A CN201480044906 A CN 201480044906A CN 105452489 A CN105452489 A CN 105452489A
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Abstract

本公开涉及基于酶的硫替代产物、基于酶的硫替代方法以及可用于糖处理的试剂盒。本公开还涉及包含在用于获得硫替代产物的方法中使用的酶共混物的组合物；以及在糖处理之后获得的最终产物。

Description

用于糖处理的组合物、方法和试剂盒
技术领域
本公开涉及工业生物技术的领域。特别地，本公开涉及基于酶的硫替代产物、基于酶的硫替代方法和适用于糖处理的试剂盒。本公开还涉及包含在用于获得硫替代产物的方法中使用的酶共混物的组合物；以及在糖处理之后获得的最终产物。
背景技术
考虑到对高品质白糖需求的增长，糖的颜色是重要的商业属性而脱色是制糖中的重要步骤。
许多使用化学品的传统方法和新方法可用于实现良好的脱色。其中主要的是碳酸化、亚硫酸化、磷酸化、通过活性炭吸附以及较新的技术例如使用用于絮凝的聚合物和离子交换树脂。亚硫酸化是目前用于甘蔗汁液净化(澄清)的最常用的方法。
甘蔗含有约70％的水，其中蔗糖和其他物质保留在溶液中，在茎中形成按重量计约88％的汁液。剩余的12％代表不溶性甘蔗纤维组分。甘蔗汁液由含有可溶性和不溶性杂质(即非蔗糖物质)的蔗糖溶液组成。甘蔗汁液具有范围在4.9至5.5之间的酸性pH。
可以将提供甘蔗汁液颜色的化合物分成6类：植物色素、颜色前体、蛋白黑素、焦糖、果糖的碱降解产物(ADF)和多糖着色剂复合物。最后的四类是工厂生产的彩色颜料。
甘蔗汁液的浑浊是由于存在多糖和半纤维素纤维材料。在甘蔗中，普通的多糖是内在的甘蔗多糖(indigenoussugarcanepolysaccharide)(ISP)和淀粉。多糖降低过滤性，增加煮沸时间并降低回收率并可以使蔗糖晶体结构破坏，导致伸长的或其它扭曲的(misshaped)结晶，导致在离心过程以及最终使用者产物的问题。淀粉主要是在甘蔗植物的叶和生长点中发现，并且当在研磨机(mill)中压碎甘蔗时转移至粗汁液。
亚硫酸化是添加二氧化硫(SO2)或其衍生物至制糖厂中的处理流股的操作。这是白糖制造中重要的步骤。它被实施主要由于以下三个原因：
a.阻止变色(colorblocking)
b.pH控制
c.生物杀灭剂
在热带国家中亚硫酸化的最常用方法是热亚硫酸化法。在该方法中，首先加热汁液至75℃随后亚硫酸化并撒石灰，煮，并沉降。Harloff方法是热处理程序，其中将汁液加热至75℃并且同时以这样的方式添加石灰和SO2，以维持反应酸(针对酚酞)并且碱(针对石蕊)(pH约7.4-7.8)，(除朝向终点(end)外，当添加一定量的石灰从而获得强碱性反应(pH10+)时，在其后完成亚硫酸化至针对石蕊的中性(pH约7.2))。正如在所有的其他相似方法中，在汁液加热器中最终将汁液升至沸腾温度并沉降。离心汁液从而去除淤泥并且获得澄清的上清液用于进一步加工。
然而，如上所述的方法的局限性如下：
i.通过双重亚硫酸化产生的糖含有>20ppm的硫，其超出可接受的限度，因此影响质量。
ii.由于存在硫酸钙和多糖，通过亚硫酸化产生的糖当溶解时不形成澄清汁液。
iii.SO2(二氧化硫)在亚硫酸化期间并不完全溶解并引起环境危险。
iv.该方法由于硫酸钙的沉积在蒸发器中引起积垢(scaling)问题。
v.在通过所述方法获得的产物中，在储存产物时存在二次颜色形成(secondarycolourformation)(返色)。
结晶化本身有助于从糖中分出着色剂，但不是100％有效并因此补充分离/去除着色剂的其他物理和化学方法。每种方法在性能(磷酸化)、资金投资(离子交换和使用聚合物)和对环境和消费者健康的影响(亚硫酸化和使用石灰)方面具有自身优点以及局限性。
虽然亚硫酸化是最常用的方法(其涉及使用SO2气体从而在甘蔗汁液净化中完成着色剂去除)，但是硫磺价格的周期性波动(periodicspike)以及由于在糖结晶中沉淀的过量的硫(>10-20ppm)引起的糖质量问题已经激发了减少或甚至消除它的使用并生产“无硫”糖的努力。因此开发具有成本效益的、相容的和环境友好的亚硫酸化替代方法是必要的。
本公开采用酶替换/补充在制糖期间脱色的现行实践并且因此是常规理化方法的有吸引力的替代方法。
本公开还提供了基于酶的硫替代产物、组合物和用于糖处理的方法，其解决了现有的糖处理方法有关的顾虑。
发明内容
因此，本公开涉及包含酶共混物，可选地连同赋形剂的组合物；用于净化糖汁液的方法，所述方法包括如下操作：a)将汁液与酶共混物混合从而获得混合物，b)可选地保持接着冷却混合物，c)通过添加pH调节剂来中和步骤(a)或步骤(b)的混合物，接着再保持并可选地再冷却，接着可选地添加赋形剂或过滤或两者，从而获得净化的糖汁液；通过如上所述的方法获得净化的糖汁液；用于获得包含酶共混物可选地连同赋形剂的组合物的方法，所述方法包括如下操作：选自包含淀粉酶、木聚糖酶、纤维素酶、半纤维素酶、葡聚糖酶、半乳糖苷酶、葡糖氧化酶和非酶组分-抗坏血酸或它们的任何组合的组的多种酶可选地连同赋形剂从而获得酶共混物；以及用于净化糖汁液或用于获得净化的糖的试剂盒，所述试剂盒包括选自包含淀粉酶、木聚糖酶、纤维素酶、半纤维素酶、葡聚糖酶、半乳糖苷酶、葡糖氧化酶和非酶组分-抗坏血酸或它们的任何组合的组的酶，选自包含氧化钙(石灰)、氢氧化钙(石灰乳)、正磷酸和无机钙化合物或它们的任何组合的组的pH调节剂，和选自包含抗结块剂、稳定剂和絮凝剂或它们的任何组合的组的赋形剂连同使用手册。
附图说明
为了使本公开可以易于理解并付诸实践，现在参考如附图所示的示例性的实施方式。附图连同下面的详细说明并入并构成说明书的一部分，并且用于进一步说明实施方式并解释各种原则和优点(依照本公开)，其中：
图1示出了甘蔗制造的工艺流程图和用于替代硫的酶应用点。
图2示出了描述ICUMSA单位的条形图，用于评估在样品1中在没有处理、利用亚硫酸化处理，以及存在酶共混物‘G’的情况下甘蔗汁液中颜色的减少。
图3示出了描述在样品2中在没有处理的甘蔗汁液、亚硫酸化处理的清澈汁液，以及利用酶共混物‘G’处理的清澈的汁液中的颜色比较的条形图。
图4示出了描述与常规的亚硫酸化方法相比，利用酶共混物‘G’处理的清澈汁液的纯度增加的条形图。
图5示出了描述通过亚硫酸化方法(87ICUMSA单位)和酶共混物‘G’应用(91ICUMSA单位)获得的最终糖的颜色的条形图。
图6示出了描述通过亚硫酸化方法(10.04％)和酶共混物‘G’应用(10.38％)获得的最终糖的回收百分率的条形图。
图7示出了由甜菜制造糖的工艺流程。
图8示出了由粗糖制造糖的工艺流程。
具体实施方式
本公开涉及包含酶共混物，可选地连同赋形剂的组合物。
在本公开的实施方式中，组合物是增效组合物并且其中，酶共混物包括选自包含淀粉酶、木聚糖酶、纤维素酶、半纤维素酶、葡聚糖酶、半乳糖苷酶、葡糖氧化酶和非酶组分-抗坏血酸或它们的任何组合的组的多种酶。
在本公开的另一种实施方式中，淀粉酶选自包含浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约10％至约20％w/w的α-淀粉酶、β-淀粉酶和γ-淀粉酶或它们的任何组合的组；木聚糖酶选自包含浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约20％至约40％w/w的外切木聚糖酶和内切木聚糖酶或它们的组合的组；纤维素酶选自包含浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约20％至约40％w/w的外切纤维素酶、内切纤维素酶和纤维二糖酶或它们的任何组合的组；半纤维素酶浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约15％至约30％w/w；葡聚糖酶选自包含浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约5％至30％w/w的α-葡聚糖酶、β-葡聚糖酶、木葡聚糖-特异性内切-β-1,4-葡聚糖酶、木葡聚糖-特异性外切-β-1,4-葡聚糖酶和支链淀粉酶(普鲁兰酶，pullulanase)或它们的任何组合的组；半乳糖苷酶选自包含浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约5％至10％w/w的α-半乳糖苷酶和β-半乳糖苷酶或它们的组合的组；葡糖氧化酶浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约5％至10％w/w；以及非酶组分-抗坏血酸浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约0.015至约10％w/w。
在本公开的又另一种实施方式中，组合物用于净化糖汁液或获得无化学品的糖(chemicalfreesugar)，并且其中糖汁液获得自选自包含甘蔗、甜菜、粗糖，以及用于糖处理的其它底物或它们的任何组合的组的来源。
在本公开的又另一种实施方式中，赋形剂选自包含抗结块剂、稳定剂和絮凝剂或它们的任何组合的组。
在本公开的又另一种实施方式中，抗结块剂选自包含气相二氧化硅、膨润土和滑石或它们的任何组合的组；其中，稳定剂选自包含氯化钠、气相二氧化硅、蔗糖、麦芽糊精、海藻糖、乳糖、阿拉伯糖和纤维素或它们的任何组合的组；其中，絮凝剂是阴离子絮凝剂。
在本公开的又另一种实施方式中，赋形剂浓度范围从约0.01％至20％，优选地约1％至10％。
本公开还涉及净化糖汁液的方法，所述方法包括如下操作：
a.将汁液与酶共混物混合从而获得混合物；
b.可选地保持(hold-up)接着冷却混合物；以及
c.通过添加pH调节剂来中和步骤(a)或步骤(b)的混合物，接着再保持以及可选地再冷却，接着可选地添加赋形剂或过滤或两者，从而获得净化的糖汁液。
在本公开的实施方式中，糖汁液获得自选自包含甘蔗、甜菜、粗糖，以及用于糖处理的其它底物或它们的任何组合的组的来源。
在本公开的另一种实施方式中，酶共混物包括选自包含淀粉酶、木聚糖酶、纤维素酶、半纤维素酶、葡聚糖酶、半乳糖苷酶、葡糖氧化酶和抗坏血酸或它们的任何组合的组的多种酶；并且其中，淀粉酶选自包含浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约10％至约20％w/w的α-淀粉酶、β-淀粉酶和γ-淀粉酶或它们的任何组合的组；木聚糖酶选自包含浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约20％至约40％w/w的外切木聚糖酶和内切木聚糖酶或它们的组合的组；纤维素酶选自包含浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约20％至约40％w/w的外切纤维素酶、内切纤维素酶和纤维二糖酶或它们的任何组合的组；半纤维素酶浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约15％至约30％w/w；葡聚糖酶选自包含浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约5％至30％w/w的α-葡聚糖酶、β-葡聚糖酶、木葡聚糖-特异性内切-β-1,4-葡聚糖酶、木葡聚糖-特异性外切-β-1,4-葡聚糖酶和支链淀粉酶或它们的任何组合的组；半乳糖苷酶选自包含浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约5％至10％w/w的α-半乳糖苷酶和β-半乳糖苷酶或它们的组合的组；葡糖氧化酶浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约5％至10％w/w；以及非酶组分-抗坏血酸浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约0.015至约10％w/w。
在本公开的又另一种实施方式中，通过将酶共混物添加至具有约35℃至约45℃的温度的糖汁液从而实施混合或其中，通过将酶共混物添加至糖汁液以实施混合从而获得混合物接着煮混合物至约65℃至约75℃的温度。
在本公开的又另一种实施方式中，步骤(b)的保持是在范围从约50℃至约80℃的温度下，范围从约5分钟至约15分钟的时间段。
在本公开的又另一种实施方式中，冷却是在范围从约25℃至约30℃的温度下。
在本公开的又另一种实施方式中，通过添加选自包含氧化钙(石灰)、氢氧化钙(石灰乳)、正磷酸和无机钙化合物或它们的任何组合的组的pH调节剂实施中和。
在本公开的又另一种实施方式中，步骤(c)的再保持是在范围从约90℃至约110℃的温度下，范围从约20分钟至约90分钟的时间段或者在范围从约90℃至约110℃的温度下，范围从约10分钟至约20分钟的时间段。
在本公开的又另一种实施方式中，通过选自包括膜过滤、过滤机压滤和沉降或它们的任何组合的组的方法实施过滤。
在本公开的又另一种实施方式中，可以进一步处理净化的糖汁液从而获得净化的糖。
在本公开的又另一种实施方式中，方法包括以下操作：
a.将酶共混物添加至具有约30℃至约45℃的温度的糖汁液从而获得混合物；
b.可选地在范围从约50℃至约80℃的温度下保持范围从约5分钟至约15分钟的时间段，接着在范围从约25℃至约30℃的温度下冷却混合物；以及
c.通过添加pH调节剂来中和步骤(a)或步骤(b)的混合物，接着在范围从约90℃至约110℃的温度下，再保持范围从约20分钟至约90分钟的时间段并可选地再冷却，接着可选地添加赋形剂或过滤或两者，从而获得净化的糖汁液。
在本公开的又另一种实施方式中，方法包括如下操作：
a.将酶共混物添加至糖汁液从而获得混合物，接着煮混合物至约65℃至约75℃的温度；
b.可选地在范围从约50℃至约80℃的温度下保持范围从约5分钟至约15分钟的时间段，接着在范围从约25℃至约30℃的温度下冷却混合物；以及
c.通过添加pH调节剂来中和步骤(a)或步骤(b)的混合物，接着在范围从约90℃至约110℃的温度下再保持范围从约10分钟至约20分钟的时间段并可选地再冷却，接着可选地添加赋形剂或过滤或两者，从而获得净化的糖汁液。
本公开还涉及通过如上所述方法获得的净化的糖汁液。
在本公开的实施方式中，汁液可以被进一步处理从而获得净化的糖。
本公开还涉及用于获得包含酶共混物可选地连同赋形剂的组合物的方法，所述方法包括如下操作：结合选自包含淀粉酶、木聚糖酶、纤维素酶、半纤维素酶、葡聚糖酶、半乳糖苷酶、葡糖氧化酶和非酶组分-抗坏血酸或它们的任何组合的组的多种酶可选地连同赋形剂，从而获得酶共混物。
本公开还涉及用于净化糖汁液或用于获得净化的糖的试剂盒，所述试剂盒包括选自包含淀粉酶、木聚糖酶、纤维素酶、半纤维素酶、葡聚糖酶、半乳糖苷酶、葡糖氧化酶和非酶组分-抗坏血酸或它们的任何组合的组的酶；选自包含氧化钙(石灰)、氢氧化钙(石灰乳)、正磷酸和无机钙化合物或它们的任何组合的组的pH调节剂；以及选自包含抗结块剂、稳定剂和絮凝剂或它们的任何组合的组的赋形剂，连同使用手册。
由于糖处理领域中的先前已知的和现有的方法的缺点并考虑到制造糖的“绿色方法(greenerprocess)”的当前要求，在本公开中设计酶学方法，从而替换化学品如在糖处理中的硫。
相对于糖处理的其它已知的技术，酶的使用提供了以下优势如不要求资本投资(与使用柱离子交换树脂相比较)，产生低量的淤泥(与使用活性炭和碳化相比较)和相对更加经济(costeffective)(与通过使用树脂和聚合物使用昂贵技术相比较)。
酶作用于在底物(优选地甘蔗汁液)中形成的着色剂；水解在底物中的半纤维素物质或纤维或多糖并防止酚类前体的氧化。因而，本公开发现了在制糖工业中的生产无硫糖以及净化甘蔗糖汁液、甜菜汁液或粗糖的应用。
相应地，本公开涉及基于酶的硫替代产物，包含用于获得基于酶的硫替代产物的组分的组合物，净化糖汁液的方法以及制备无硫糖的方法(两者均是用于获得基于酶的硫替代产物)
在本公开的实施方式中，用于糖处理的底物选自包含甘蔗汁液(来自于甘蔗)和用于糖处理的其他底物包括，但不限于甜菜汁液(来自于甜菜)，粗糖等等，以及它们的组合的组。
在本公开的另一种实施方式中，酶选自包含木聚糖酶(外切木聚糖酶、内切木聚糖酶)、纤维素酶(外切纤维素酶、内切纤维素酶、纤维二糖酶)、半纤维素酶、葡聚糖酶(α-葡聚糖酶、β-葡聚糖酶、木葡聚糖-特异性内切-β-1,4-葡聚糖酶、木葡聚糖-特异性外切-β-1,4-葡聚糖酶、支链淀粉酶)、半乳糖苷酶(α-半乳糖苷酶，β-半乳糖苷酶)、葡糖氧化酶、淀粉酶(α-淀粉酶β-淀粉酶，γ-淀粉酶)和抗坏血酸或它们的任何多种组合的组。
在本公开的又另一种实施方式中，每种酶浓度范围从约0.1％至约99％；优选地范围从约5％至约99％，从约10％至约99％，从约5％至约80％，从约10％至约80％，从约5％至约60％，从约10％至约60％，从约5％至约50％，从约10％至约50％，从约5％至约40％，从约10％至约40％，从约5％至约20％，或从约10％至约20％，更优选地约5％、约10％、约15％、约20％、约25％、约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％、约75％、约80％、约85％、约90％、约95％，或约99％。
在本公开的又另一种实施方式中，淀粉酶选自包含浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约5％至约50％w/w并且最优选地从约10％至约20％w/w的α-淀粉酶、β-淀粉酶和γ-淀粉酶或它们的任何组合的组；木聚糖酶选自包含浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约10％至约50％w/w并且最优选地从约20％至约40％w/w的外切木聚糖酶和内切木聚糖酶或它们的组合的组；纤维素酶选自包含浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约10％至约50％w/w并且最优选地从约20％至约40％w/w的外切纤维素酶、内切纤维素酶和纤维二糖酶或它们的任何组合的组；半纤维素酶浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约5％至50％w/w并且最优选地从约15％至约30％w/w；葡聚糖酶选自包含浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约2％至约50％w/w并且最优选地从约5％至约30％w/w的α-葡聚糖酶、β-葡聚糖酶、木葡聚糖特异性内切-β-1,4-葡聚糖酶、木葡聚糖-特异性外切-β-1,4-葡聚糖酶和支链淀粉酶或它们的任何组合的组；半乳糖苷酶选自包含浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约2％至约50％w/w并且最优选地从约5％至10％w/w的α-半乳糖苷酶和β-半乳糖苷酶或它们的组合的组；葡糖氧化酶浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约2％至约50％w/w并且最优选地从约5％至10％w/w；以及抗坏血酸浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约2％至约50％w/w并且最优选地从约0.015至约10％w/w
在本公开的又另一种实施方式中，将这些酶结合从而获得酶共混物/酶系统，在本公开的糖处理步骤(无硫方法/基于酶的硫替代方法)中使用它们。
在本公开的又另一种实施方式中，酶共混物包括选自包含木聚糖酶和纤维素酶；木聚糖酶、纤维素酶和半纤维素酶；木聚糖酶、纤维素酶、半纤维素酶和葡聚糖酶；木聚糖酶、纤维素酶、半纤维素酶、淀粉酶和葡聚糖酶；木聚糖酶、纤维素酶、半纤维素酶、淀粉酶、葡聚糖酶、半乳糖苷酶和葡糖氧化酶；以及木聚糖酶、纤维素酶、半纤维素酶、淀粉酶、葡聚糖酶、半乳糖苷酶、葡糖氧化酶和抗坏血酸的组的酶的组合，可选地连同赋形剂。
在本公开的又另一种实施方式中，使用的酶共混物的剂量是在约1ppm至约50ppm，优选地约2ppm至约30ppm范围内，取决于着色剂和造成汁液浑浊的物质的性质。
在本公开的又另一种实施方式中，在如图1所示的甘蔗处理期间，在汁液收集罐或汁液加热器或初级亚硫酸化罐或第三蒸发器中，通过添加酶实施获得无硫糖或净化糖汁液的方法。在压碎甘蔗或甜菜期间，也可以添加本公开的酶共混物。
在本公开的又另一种实施方式中，通过添加酶和可选地一种或更多种赋形剂(包括但不限于抗结块剂和稳定剂)实施获得无硫的糖或净化糖汁液的方法。因为制剂是粉末并且由蛋白质(即酶共混物)组成，所以将抗结块剂(如气相二氧化硅、膨润土或滑石)添加至产物从而防止块的形成并使产物保持自由流动使它易于包装、传输和应用。添加稳定剂(如氯化钠)从而帮助酶在溶液中保持活性。
在本公开的又另一种实施方式中，赋形剂使用的浓度范围从约0.01％至20％，优选地约1％至约10％，最佳的是大约5％。
在本公开的又另一种实施方式中，稳定剂选自包含氯化钠、气相二氧化硅、蔗糖、麦芽糊精、海藻糖、乳糖、阿拉伯糖和纤维素和/或它们的任何组合的组。
在本公开的又另一种实施方式中，在罐中，通过搅拌器(agitator)、通风机(aerator)等确保在糖处理期间适当地混合组分。
本公开，使用酶遵循如下原则：
i.针对在甘蔗汁液/糖汁液中形成的着色剂的酶：
针对水解、氧化/还原、去稳定(destabilize)着色剂分子(颜料、酚类化合物(phenolic)、焦糖、蛋白黑素(melanoidin)等)中的键起作用的酶在减少汁液颜色中是有效的。
ii.水解甘蔗汁液/糖汁液中半纤维素物质或纤维或多糖的酶：
纤维和半纤维素植物物质造成汁液浑浊。酶催化半纤维素聚合物转化成单糖，从而去除浑浊并增强汁液透明度。这也防止着色剂-多糖复合物的形成(这将减少颜色)。
在甘蔗汁液中大部分浊度和颜色归因于与酚类化合物结合的多糖。酶破坏酚类化合物和多糖之间的键并进一步将多糖还原成低聚糖和单糖，这防止着色剂多糖复合物的形成。
iii.防止酚类前体氧化的酶：降解酚类前体的酶在处理期间防止在汁液中形成颜色。此外，压碎底物释放被称作为多酚氧化酶(PPO)的酶。此酶催化邻-二酚氧化从而生产邻-醌，其聚合产生典型的黑色、褐色或红色颜料。通过无机的或生物的抑制剂抑制PPO减少汁液中颜色形成。
酶(如在汁液中的多酚氧化酶)将无色的前体转化成有色的酚类化合物。多酚氧化酶(本公开的酶共混物)的抑制剂通过阻断多酚氧化酶上的活性位点防止该反应并因此减少颜色。
本公开在糖处理中的优点：
在甘蔗汁液中的亚硫酸化分两个步骤进行：在汁液阶段的亚硫酸化和在糖浆阶段处的亚硫酸化。消耗的总硫的70％用于汁液亚硫酸化并且剩余的30％被消耗用于糖浆亚硫酸化。如果汁液亚硫酸化被本公开的基于酶的硫替代方法替换，那么在最终糖中的硫积累被消除。虽然该方法不是无硫的，但是最终产物将是无硫的糖。这是因为，用于糖浆亚硫酸化的硫远低于在汁液阶段使用的硫，其在基于酶的硫替代过程期间被消除并没有最终进入成品糖。因此最终产物是无硫的。
在甘蔗或甜菜的压碎的期间，还可以添加本公开的酶共混物。
利用本公开的最新试验已经示出了汁液中的亚硫酸化被酶完全替代。在糖浆亚硫酸化中硫的作用是作为漂白剂。酶和用于去除糖浆中颜色的可替代助剂(例如化学制品，过氧化物等等)的组合将使该方法完全地无硫。
通过使用在本公开中详细说明的糖处理的步骤，最高达70％的硫消耗已经随着无硫糖的生产而减少。
利用本公开的酶代替硫的益处如下：
i.制备质量高和售价高的“无硫”糖。
ii.将最终糖中的硫水平减少至可接受的限度。
iii.减少蒸发器和管道结垢并且减少设备腐蚀。
iv.减少糖蜜(molasses)中硫水平，这改善了质量。
v.减少流出物中的硫水平从而改善生物甲烷化速率。
vi.与在甘蔗处理中通常使用的那些相比较，本公开的方法不需要添加单元操作或另外的加热/保留时间/pH改变。
vii.pH控制：在传统糖制造方法中，添加大量的石灰从而在净化步骤期间有助于杂质沉淀。这将汁液的pH提升至9.0-10.0。随后将二氧化硫气体泵入汁液从而将pH降低至7.0而且还通过与石灰反应形成硫磺酸钙来促进杂质沉淀。当使用酶时，添加石灰使得汁液的pH保持在7.0。因此维持pH的硫的需求在本公开的方法中并未产生。
viii.糖在结晶化之后获得并且由纯蔗糖组成。与化学品相比，酶不能与蔗糖共结晶。此外，酶在涉及煮沸和沉淀的糖处理过程中变性并且因此无法保留在最终产物(糖)中。因此，用于糖处理/净化的酶的应用在消费者中并不引起任何不利的健康影响
通过参考以下具体的实施例可以获得更完整的理解，提供该具体的实施例仅仅用于说明的目的而并非旨在限制公开的范围。
实施例
实施例1：
糖汁液的提取：
甘蔗汁液/糖汁液提取通常是连续法，其涉及三台研磨机(mill)/压碎机(crusher)。研磨机可以为辊式(rollertype)或槌式(mallet)。在压碎期间，甘蔗的节点(nodeofcane)被破坏并且将茎压平从而提取汁液。在首次压碎时从每台研磨机收集汁液并称作为初级汁液(primaryjuice)。在后续的研磨中收集的较差的汁液被再加工并且通常将热水应用于最后的研磨机从而使提取最大化。混合的汁液是在随后的压碎中收集的汁液连同初级汁液的组合。
通过任何其它提取方法制备的甘蔗汁液可适用于本公开并可以在本公开中使用。
酶共混物的制备：
制备酶共混物的方法，广泛地包括以下步骤：
1.分析单独的酶样品从而确证活性
2.按照组合物称重酶样品
3.共混酶连同赋形剂和添加剂从而获得酶共混物。
可替代地，可以直接使用由单独的酶组成的可商购的多酶制剂。通常在共培养较少选择的微生物菌株，或具有编码多种酶的质粒的单一的重组菌株，或在产生酶共同体(consortium)的多种底物上生长的单一菌株之后，获得这样的产物。
在本公开中，分析如上所述的单独的酶的活性。每一种酶称量出1g，从而制备酶的各种组合的混合物。很好地匀质酶的每一种组合从而提供酶共混物。酶共混物包括选自包含木聚糖酶(外切木聚糖酶，内切木聚糖酶或两者)、纤维素酶(外切纤维素酶、内切纤维素酶、纤维二糖酶或它们的组合)、半纤维素酶、β-葡聚糖酶(木葡聚糖特异性内切-β-1,4-葡聚糖酶、木葡聚糖-特异性外切-β-1,4-葡聚糖酶或两者)可选地连同葡糖氧化酶、淀粉酶(α-淀粉酶、β-淀粉酶、γ-淀粉酶)、半乳糖苷酶(α-半乳糖苷酶，β-半乳糖苷酶或两者)和α-葡聚糖酶或它的异构体支链淀粉酶和抗坏血酸或它们的任何组合的组的多种酶。
使用酶共混物的目的是破坏多糖-着色剂复合体，成为很容易地分散至无色的和可溶的组分中的形式并且防止酚类氧化成带颜色的对应物。
酶可以以固体或液体的形式从商业上获得。然而，为了稳定性以及抑制在溶液中的蛋白质-蛋白质相互作用的目的，粉末形式在本公开中是优选的。
优选的酶从微生物菌株获得并且每克酶蛋白质具有充足的活性从而在可用保持时间内经济地溶解并去除着色剂和造成浑浊的物质。
表1：在酶共混物中使用的酶的微生物来源。
在本公开的酶共混物中使用非酶组分，抗坏血酸可以由微生物发酵产生或合成制造。
酶的商业来源是来自于以下酶制造商如Novozyme、Advancedenzymes、Genencore、Dyadic、DSM、MeijiSeiko。
表2：酶共混物组合物A至G的组成
实施例2：
获得实验室规模的无硫甘蔗汁液/糖汁液的步骤：
a)使用酶共混物组合物‘A’：
将100ml甘蔗汁液/糖汁液等分放入两个锥形烧瓶中。记录初始汁液的pH。将约30ppm的酶共混物‘A’(其包括50％w/w的木聚糖酶(外切木聚糖酶或内切木聚糖酶)和50％w/w的纤维素酶(外切纤维素酶或纤维二糖水解酶)，可选地连同赋形剂)添加至一个烧瓶中。把另一个烧瓶当作对照。将两个烧瓶放置在维持于70℃的水浴中直到汁液的温度达到约70℃。在约70℃下保持烧瓶约10分钟。在约10分钟之后，将烧瓶冷却至约28℃(环境温度)此后使用氧化钙(石灰)中和测试和对照烧瓶(在pH7下)。此后塞住烧瓶并且允许在100℃下放置45-50分钟。此后冷却烧瓶并且在其中的内容物过滤并检测ICUMSA(糖品统一分析方法国际委员会(InternationalCommissionforUniformMethodofSugarAnalysis))。
b)使用酶共混物组合物‘B’：
将100ml甘蔗汁液/糖汁液等分放入两个锥形烧瓶中。记录初始汁液的pH。将约30ppm的酶共混物‘B’(其包括40％w/w的木聚糖酶(外切木聚糖酶或内切木聚糖酶)，40％w/w的纤维素酶(外切纤维素酶或纤维二糖水解酶)，20％w/w的半纤维素酶，可选地连同赋形剂)添加至一个烧瓶中。把另一个烧瓶当作对照。将两个烧瓶放置在维持于75℃的水浴中直到汁液的温度达到约75℃。在约75℃下保持烧瓶约15分钟。在约15分钟之后，将烧瓶冷却至约30℃(环境温度)此后使用氧化钙(石灰)中和测试和对照烧瓶(在pH7下)。此后塞住烧瓶并且允许在100℃下放置45-60分钟。此后冷却烧瓶并且在其中的内容物过滤并检测ICUMSA(糖品统一分析方法国际委员会)。
c)使用酶共混物组合物‘C’：
将100ml甘蔗汁液/糖汁液等分放入两个锥形烧瓶中。记录初始汁液的pH。将约30ppm的酶共混物‘C’(其包括40％w/w的木聚糖酶(外切木聚糖酶或内切木聚糖酶)，40％w/w的纤维素酶(外切纤维素酶或纤维二糖水解酶)，10％w/w的半纤维素酶和10％w/w的β-葡聚糖酶，可选地连同赋形剂)添加至一个烧瓶中。把另一个烧瓶当作对照。将两个烧瓶放置在维持于65℃的水浴中直到汁液的温度达到约65℃。在约65℃下保持烧瓶约10分钟。在约10分钟之后，将烧瓶冷却至约25℃(环境温度)此后使用氧化钙(石灰)中和测试和对照烧瓶(在pH7下)。此后塞住烧瓶并且允许在100℃下放置45-60分钟。此后冷却烧瓶并且在其中的内容物过滤并检测ICUMSA(糖品统一分析方法国际委员会)。
d)使用酶共混物组合物‘D’：
将100ml甘蔗汁液/糖汁液等分放入两个锥形烧瓶中。记录初始汁液的pH。将约30ppm的酶共混物‘D’(其包括30％w/w的木聚糖酶(外切木聚糖酶或内切木聚糖酶)、30％w/w的纤维素酶(外切纤维素酶或纤维二糖水解酶)、20％w/w的半纤维素酶，10％w/w的α淀粉酶和10％w/w的β-葡聚糖酶，可选地连同赋形剂)添加至一个烧瓶中。把另一个烧瓶当作对照。将两个烧瓶放置在维持于70℃的水浴中直到汁液的温度达到70℃。在约70℃下保持烧瓶约10分钟。在约10分钟之后，将烧瓶冷却至约28℃(环境温度)此后使用氧化钙(石灰)中和测试和对照烧瓶(在pH7下)。此后塞住烧瓶并且允许在100℃下放置45-50分钟。此后冷却烧瓶并且在其中的内容物过滤并检测ICUMSA(糖品统一分析方法国际委员会)。
e)使用酶共混物组合物‘E’：
将100ml甘蔗汁液/糖汁液等分放入两个锥形烧瓶中。记录初始汁液的pH。将约30ppm的酶共混物‘E’(其包括30％w/w的木聚糖酶(外切木聚糖酶或内切木聚糖酶)、30％w/w的纤维素酶(外切纤维素酶或纤维二糖水解酶)、15％w/w的半纤维素酶、20％w/w的α淀粉酶和5％w/w的β-葡聚糖酶，可选地连同赋形剂)添加至一个烧瓶中。把另一个烧瓶当作对照。将两个烧瓶放置在维持于70℃的水浴中直到汁液的温度达到70℃。在约70℃下保持烧瓶约10分钟。在约10分钟之后，将烧瓶冷却至约28℃(环境温度)此后使用氧化钙(石灰)中和测试和对照烧瓶(在pH7下)。此后塞住烧瓶并且允许在100℃下放置45-50分钟。此后冷却烧瓶并且在其中的内容物过滤并检测ICUMSA(糖品统一分析方法国际委员会)。
f)使用酶共混物组合物‘F’：
将100ml甘蔗汁液/糖汁液等分放入两个锥形烧瓶中。记录初始汁液的pH。将约30ppm的酶共混物‘F’(其包括25％w/w的木聚糖酶(外切木聚糖酶或内切木聚糖酶)、25％w/w的纤维素酶(外切纤维素酶或纤维二糖水解酶)、15％w/w的半纤维素酶、10％w/w的α淀粉酶、15％w/w的β-葡聚糖酶、5％w/w的α-半乳糖苷酶和5％w/w的葡糖氧化酶，可选地连同赋形剂)添加至一个烧瓶中。把另一个烧瓶当作对照。将两个烧瓶放置在维持于70℃的水浴中直到汁液的温度达到70℃。在约70℃下保持烧瓶约10分钟。在约10分钟之后，将烧瓶冷却至约28℃(环境温度)此后使用氧化钙(石灰)中和测试和对照烧瓶(在pH7下)。此后塞住烧瓶并且允许在100℃下放置45-50分钟。此后冷却烧瓶并且在其中的内容物过滤并检测ICUMSA(糖品统一分析方法国际委员会)。
g)使用酶共混物组合物‘G’：
将100ml甘蔗汁液/糖汁液等分放入两个锥形烧瓶中。记录初始汁液的pH。将约30ppm的酶共混物‘G’(其包括25％w/w的木聚糖酶(外切木聚糖酶)、20％w/w的纤维素酶(纤维二糖水解酶)、15％w/w的半纤维素酶、10％w/w的α淀粉酶、15％w/w的β-葡聚糖酶、5％w/w的α-半乳糖苷酶和5％w/w的葡糖氧化酶、0.1w/w的抗坏血酸和4.9％w/w的赋形剂(麦芽糊精、气相二氧化硅))添加至一个烧瓶中。把另一个烧瓶当作对照。将两个烧瓶放置在维持于70℃的水浴中直到汁液的温度达到70℃。在约70℃下保持烧瓶约10分钟。在约10分钟之后，将烧瓶冷却至约28℃(环境温度)此后使用氧化钙(石灰)中和测试和对照烧瓶(在pH7下)。此后塞住烧瓶并且允许在100℃下放置45-50分钟。此后冷却烧瓶并且在其中的内容物过滤并检测ICUMSA(糖品统一分析方法国际委员会)。
实施例3：
评估ICUMSA的步骤：
对于颜色的分析，使用ICUMSA方法GS1/3-7。将甘蔗汁液/糖汁液样品稀释以获得白利糖度(Brix)5.0。利用稀释的HCl/NaOH调整pH至7.0。通过0.45μm膜过滤样品并且针对作为空白的蒸馏水在420nm处测量吸收率。
随后按照下式估算颜色：
ICUMSA颜色＝{吸收率/(比色杯路径长度x甘蔗糖汁液/糖汁液的浓度)}x1000。
糖的颜色是糖中存在杂质的指示。ICUMSA越高则在糖中的杂质越高并且因此品质越低。按照糖212-1999的Codex标准，用于种植或磨碎的白糖的ICUMSA的限度是<150。
(如上所述的实验室规模实验中利用酶共混物‘G’处理的净 化的汁液的)ICUMSA结果：
本公开的初步结果示出了在未处理的甘蔗汁液/糖汁液中的颜色是28758ICUMSA单位并且在亚硫酸化之后降至14466ICUMSA单位。颜色减少为49.7％。通过添加酶共混物‘G’，在甘蔗汁液/糖汁液中的颜色减少至9561ICUMSA单位，这代表了当与未处理的汁液相比较时颜色减少66.7％(图2)。与亚硫酸化相比，利用酶的颜色另外减少为18％。这表明本公开可以用于替代制糖过程中硫而且还促进更好的脱色。
表3：利用硫和利用酶共混物‘G’处理的甘蔗汁液参数的比较。
参数 利用硫处理的混合的汁液 酶处理的汁液
白利糖度 0.2 0.6
吸光度720nm(浊度) 0.492 0.287
初始ICUMSA(颜色) 28758 28758
最终ICUMSA(颜色) 14466 9561
颜色减少％ 49.7％ 66.7％
纯度(％) 77.27 78.32
实实施例4：
a)使用酶共混物组合物‘A’在工厂规模下基于酶的硫替代方法的验证：
在三种酶共混物剂量水平：15、30，和45ppm(w/v)下实施大规模试验测试。在剂量范围从1ppm至70ppm，最佳剂量在15ppm至45ppm之间的情况下，将包含各自50％(w/w)浓度的木聚糖酶(外切木聚糖酶或内切木聚糖酶)和纤维素酶(外切纤维素酶或纤维二糖水解酶)的酶共混物，即酶共混物组合物A(表2)添加至混合的汁液中接着研磨从而使反应时间最大化。此后按照典型的净化步骤处理汁液。
在具有标准吸入系统的五研磨机串联中实施汁液提取。将来自压碎机和第一研磨机的汁液(未稀释的甘蔗汁液)合并从而形成初级汁液。当温度是大约40℃时，将酶共混物添加至汁液收集罐中混合的汁液。随后加热汁液并花费大约2-3分钟到达其中温度是约60℃至70℃的亚硫酸化罐。在主要的操作条件下，混合的汁液需要2至2.5分钟之间以进入亚硫酸化罐。在亚硫酸化罐中的停留时间是约7-10分钟并且不超过15分钟并且温度范围在60℃至70℃之间并且不超过80℃或不低于50℃。随后将汁液冷却至约28℃(环境温度)。添加石灰乳(氢氧化钙)以将汁液pH从近似地约5.0-5.5升高至约7.1至7.2。因此酶共混物在基本上100％的活性水平下具有约12-15分钟的反应时间。没有添加硫。随后将石灰汁液泵入存储罐随后泵入汁液加热器，在那里温度升高至约100℃-105℃从而失活酶共混物。在约7.1至7.2并不超过7.5的pH下，可用的反应时间是约14至16分钟。添加商购的阴离子絮凝剂(BASF)从而加速在净化器中的泥浆和其他微粒和胶体物质的沉降。净化器停留时间是约80至90分钟。该步骤之后接着可选的步骤：通过膜过滤，使用过滤机压滤或离心作用或它们的任何组合进行过滤。随后将清澈的上清液(净化的汁液)泵入蒸发器站(evaporatorstation)从而浓缩，然后开始煮糖。
收集混合的汁液、清澈的汁液和最后的糖的样品并分析不同的参数。这些参数与在亚硫酸化期间所收集的样品相比较。获得产量显著改善连同压滤机泥浆减少而不损害最终糖的颜色。在汁液净化步骤中完全消除硫，导致另外的节省(因为使用低能量以及使用较少量的石灰来获得类似于亚硫酸化的结果)。
b)使用酶共混物组合物‘B’在工厂规模下基于酶的硫替代方法的验证：
在15、30，和45ppm剂量下将包含木聚糖酶(40％w/w的外切木聚糖酶或内切木聚糖酶)、纤维素酶(40％w/w外切纤维素酶或纤维二糖水解酶)和半纤维素酶(20％w/w)的酶共混物，即酶共混物组合物B(表2)添加至混合的汁液中接着研磨从而使反应时间最大化。此后按照典型的净化步骤处理汁液。
在具有标准吸入系统的五研磨机串联中实施汁液提取。将来自压碎机和第一研磨机的汁液(未稀释的甘蔗汁液)合并以形成初级汁液。当温度是大约40℃时，将酶共混物添加至汁液收集罐中混合的汁液。随后加热汁液并花费大约2-3分钟到达其中的温度是约60的亚硫酸化罐。在主要的操作条件下，混合的汁液要求在2至2.5分钟之间进入亚硫酸化罐。在亚硫酸化罐中的停留时间是约7分钟并且温度是约60℃。随后将汁液冷却至约25℃(环境温度)。添加石灰乳(氢氧化钙)从而将汁液pH值从近似地约5.0-5.5升高至约7.1至7.2。因而酶共混物在基本上100％的活性水平下具有约12分钟的反应时间。没有添加硫。随后将石灰汁液泵入存储罐随后泵入汁液加热器，在那里温度升高至约100℃从而失活酶共混物。在约7.1至7.2并不超过7.5的pH下，可用的反应时间是约14分钟。添加商购的阴离子絮凝剂(BASF)从而加速在净化器中的泥浆和其他微粒和胶体物质的沉降。净化器停留时间是约80分钟。该步骤之后接着以下步骤：通过膜过滤，使用过滤机压滤或离心作用或它们的任何组合进行过滤。随后将清澈的上清液(净化的汁液)泵入蒸发器站从而浓缩，然后开始煮糖。
收集混合的汁液、清澈的汁液和最后的糖的样品并分析不同的参数。这些参数与在亚硫酸化期间所收集的样品相比较。获得产量的显著改善连同压滤机泥浆减少而不损害最终糖的颜色。在汁液净化步骤中完全消除硫，导致另外的节省(因为使用低能量以及使用较少量的石灰以获得类似于亚硫酸化的结果)。
c)使用酶共混物组合物‘C’在工厂规模下基于酶的硫替代方法的验证：
在约15ppm、30ppm和45ppm剂量下将包含木聚糖酶(40％w/w的外切木聚糖酶或内切木聚糖酶)、纤维素酶(40％w/w外切纤维素酶或纤维二糖水解酶)、半纤维素酶(10％w/w)和β葡聚糖酶(10％w/w)的酶共混物，即酶共混物组合物C(表2)添加至混合的汁液中接着研磨从而使反应时间最大化。此后按照典型的净化步骤处理汁液。
在具有标准吸入系统的五研磨机串联中实施汁液提取。将来自压碎机和第一研磨机的汁液(未稀释的甘蔗汁液)合并以形成初级汁液。当温度是大约40℃时，将酶共混物添加至汁液收集罐中混合的汁液。随后加热汁液并花费大约2-3分钟到达其中的温度是约70℃的亚硫酸化罐。在主要的操作条件下，混合的汁液要求在2至2.5分钟之间进入亚硫酸化罐。在亚硫酸化罐中的停留时间是约10分钟并且温度是约70℃。随后将汁液冷却至约30℃(环境温度)。添加石灰乳(氢氧化钙)从而将汁液pH值从近似地约5.0-5.5升高至约7.1至7.2。因而酶共混物在基本上100％的活性水平下具有约15分钟的反应时间。没有添加硫。随后将石灰汁液泵入存储罐随后泵入汁液加热器，在那里温度升高至约105℃从而失活酶共混物。在约7.1至7.2并不超过7.5的pH下，可用的反应时间是约16分钟。添加商购的阴离子絮凝剂(BASF)从而加速在净化器中的泥浆和其他微粒和胶体物质的沉降。净化器停留时间是约90分钟。该步骤之后接着可选的步骤：通过膜过滤，使用过滤机压滤或离心作用或它们的任何组合进行过滤。随后将清澈的上清液(净化的汁液)泵入蒸发器站从而浓缩，然后开始煮糖。
收集混合的汁液、清澈的汁液和最后的糖的样品并分析不同的参数。这些参数与在亚硫酸化期间所收集的样品相比较。获得产量的显著改善连同压滤机泥浆减少而不损害最终糖的颜色。在汁液净化步骤中完全消除硫，导致另外的节省(因为使用低能量以及使用较少量的石灰以获得类似于亚硫酸化的结果)。
d)使用酶共混物组合物‘D’在工厂规模下基于酶的硫替代方法的验证：
在约15ppm、30ppm和45ppm剂量下将包含木聚糖酶(30％w/w的外切木聚糖酶或内切木聚糖酶)、纤维素酶(30％w/w外切纤维素酶或纤维二糖水解酶)、半纤维素酶(20％w/w)、α淀粉酶(10％w/w)和β葡聚糖酶(10％w/w)的酶共混物，即酶共混物组合物D(表2)添加至混合的汁液中接着研磨从而使反应时间最大化。此后按照典型的净化步骤处理汁液。
在具有标准吸入系统的五研磨机串联中实施汁液提取。将来自压碎机和第一研磨机的汁液(未稀释的甘蔗汁液)合并以形成初级汁液。当温度是大约40℃时，将酶共混物添加至汁液收集罐中的混合汁液。随后加热汁液并花费大约2-3分钟到达其中温度是约60℃至70℃的亚硫酸化罐。在主要的操作条件下，混合的汁液要求在2至2.5分钟之间进入亚硫酸化罐。在亚硫酸化罐中的停留时间是约15分钟并且温度是约80℃。随后将汁液冷却至约28℃(环境温度)。添加石灰乳(氢氧化钙)从而将汁液pH值从近似地约5.0-5.5提高至约7.1至7.2。因而酶共混物在基本上100％的活性水平下具有约12-15分钟的反应时间。没有添加硫。随后将石灰汁液泵入存储罐(holdingtank)随后泵入汁液加热器，在那里温度升高至约100℃-105℃从而失活酶共混物。在约7.1至7.2并不超过7.5的pH下，可用的反应时间是约14至16分钟。添加商购的阴离子絮凝剂(BASF)从而加速在净化器中的泥浆和其他微粒和胶体物质的沉降。净化器停留时间是约80至90分钟。该步骤之后接着可选的步骤：通过膜过滤，使用过滤机压滤或离心作用或它们的任何组合进行过滤。随后将清澈的上清液(净化的汁液)泵入蒸发器站从而浓缩，然后开始煮糖。
收集混合的汁液、清澈的汁液和最终糖的样品并分析不同的参数。这些参数与在亚硫酸化期间所收集的样品相比较。获得产量的显著改善连同压滤机泥浆减少而不损害最终糖的颜色。在汁液净化步骤中完全消除硫，导致另外的节省(因为使用低能量以及使用较少量的石灰获得类似于亚硫酸化的结果)。
e)使用酶共混物组合物‘E’在工厂规模下基于酶的硫替代方法的验证：
在约15ppm、30ppm和45ppm剂量下，将包含木聚糖酶(30％w/w的外切木聚糖酶或内切木聚糖酶)、纤维素酶(30％w/w外切纤维素酶或纤维二糖水解酶)、半纤维素酶(15％w/w)、α淀粉酶(20％w/w)和β葡聚糖酶(5％w/w)的酶共混物，即酶共混物组合物E(表2)添加至混合的汁液中接着研磨从而使反应时间最大化。此后按照典型的净化步骤处理汁液。
在具有标准吸入系统的五研磨机串联中实施汁液提取。将来自压碎机和第一研磨机的汁液(未稀释的甘蔗汁液)合并以形成初级汁液。当温度是大约40℃时，将酶共混物添加至汁液收集罐中的混合汁液。随后加热汁液并花费大约2-3分钟到达其中温度是约60℃至70℃的亚硫酸化罐。在主要的操作条件下，混合的汁液要求在2至2.5分钟之间进入亚硫酸化罐。在亚硫酸化罐中的停留时间是约7-10分钟并且不超过15分钟并且温度是约50℃。随后将汁液冷却至约28℃(环境温度)。添加石灰乳(氢氧化钙)从而将汁液pH值从近似地约5.0-5.5提高至约7.1至7.2。因而酶共混物在基本上100％的活性水平下具有约12-15分钟的反应时间。没有添加硫。随后将石灰汁液泵入存储罐随后泵入汁液加热器，在那里温度升高至约100℃-105℃从而失活酶共混物。在约7.1至7.2并不超过7.5的pH下，可用的反应时间是约14至16分钟。添加商购的阴离子絮凝剂(BASF)从而加速在净化器中的泥浆和其他微粒和胶体物质的沉降。净化器停留时间是约80至90分钟。该步骤之后接着可选的步骤：通过膜过滤，使用过滤机压滤或离心作用或它们的任何组合进行过滤。随后将清澈的上清液(净化的汁液)泵入蒸发器站从而浓缩，然后开始煮糖。
收集混合的汁液、清澈的汁液和最终糖的样品并分析不同的参数。这些参数与在亚硫酸化期间所收集的样品相比较。获得产量的显著改善连同压滤机泥浆减少而不损害最终糖的颜色。在汁液净化步骤中完全消除硫，导致另外的节省(因为使用低能量以及使用较少量的石灰获得类似于亚硫酸化的结果)。
f)使用酶共混物组合物‘F’在工厂规模下基于酶的硫替代方法的验证：
在约15ppm、30ppm和45ppm剂量下将包含木聚糖酶(25％w/w的外切木聚糖酶或内切木聚糖酶)、纤维素酶(25％w/w外切纤维素酶或纤维二糖水解酶)、半纤维素酶(15％w/w)、α淀粉酶(10％w/w)和β葡聚糖酶(15％w/w)、α半乳糖苷酶(5％w/w)和葡糖氧化酶(5％w/w)的酶共混物，即酶共混组合物F(表2)添加至混合的汁液中接着研磨从而使反应时间最大化。此后按照典型的净化步骤处理汁液。
在具有标准吸入系统的五研磨机串联中实施汁液提取。将来自压碎机和第一研磨机的汁液(未稀释的甘蔗汁液)合并以形成初级汁液。当温度是大约40℃时，将酶共混物添加至汁液收集罐中的混合汁液。随后加热汁液并花费大约2-3分钟到达其中温度是约60℃至70℃的亚硫酸化罐。在主要的操作条件下，混合的汁液要求在2至2.5分钟之间进入亚硫酸化罐。在亚硫酸化罐中的停留时间是约7-10分钟并且不超过15分钟并且温度范围在60℃至70℃之间并且不超过80℃或不低于50℃。随后将汁液冷却至约28℃(环境温度)。添加石灰乳(氢氧化钙)从而将汁液pH值从近似地约5.0-5.5提高至约7.1至7.2。因而酶共混物在基本上100％的活性水平下具有约12-15分钟的反应时间。没有添加硫。随后将石灰汁液泵入存储罐随后泵入汁液加热器，在那里温度升高至约100℃-105℃从而失活酶共混物。在约7.1至7.2并不超过7.5的pH下，可用的反应时间是约14至16分钟。添加商购的阴离子絮凝剂(BASF)从而加速在净化器中的泥浆和其他微粒和胶体物质的沉降。净化器停留时间是约80至90分钟。该步骤之后接着可选的步骤：通过膜过滤，使用过滤机压滤或离心作用或它们的任何组合进行过滤。随后将清澈的上清液(净化的汁液)泵入蒸发器站从而浓缩，然后开始煮糖。
收集混合的汁液、清澈的汁液和最终糖的样品并分析不同的参数。这些参数与在亚硫酸化期间所收集的样品相比较。获得产量的显著改善连同压滤机泥浆减少而不损害最终糖的颜色。在汁液净化步骤中完全消除硫，导致另外的节省(因为使用低能量以及使用较少量的石灰获得类似于亚硫酸化的结果)。
g)使用酶共混物组合物‘G’在工厂规模下基于酶的硫替代方法的验证：
在约15ppm、30ppm和45ppm剂量下将包含木聚糖酶(25％w/w的外切木聚糖酶)、纤维素酶(20％w/w纤维二糖水解酶)、半纤维素酶(15％w/w)、α淀粉酶(10％w/w)和β葡聚糖酶(15％w/w)、α半乳糖苷酶(5％w/w)和葡糖氧化酶(5％w/w)、抗坏血酸(0.1％w/w)和赋形剂-麦芽糊精、气相二氧化硅(4.9％w/w)的酶共混物，即酶共混物组合物G(表2)添加至混合的汁液中接着研磨从而使反应时间最大化。此后按照典型的净化步骤处理汁液。
在具有标准吸入系统的五研磨机串联中实施提取。将来自压碎机和第一研磨机的汁液(未稀释的甘蔗汁液)合并以形成初级汁液。当温度是大约40℃时，将酶共混物添加至汁液收集罐中的混合汁液。随后加热汁液并花费大约2-3分钟到达其中温度是约60℃至70℃的亚硫酸化罐。在主要的操作条件下，混合的汁液要求在2至2.5分钟之间进入亚硫酸化罐。在亚硫酸化罐中的停留时间是约7-10分钟并且不超过15分钟并且温度范围在60℃至70℃之间并且不超过80℃或不低于50℃。随后将汁液冷却至约28℃(环境温度)。添加石灰乳(氢氧化钙)从而将汁液pH值从近似地约5.0-5.5提高至约7.1至7.2。因而酶共混物在基本上100％的活性水平下具有约12-15分钟的反应时间。没有添加硫。随后将石灰汁液泵入存储罐随后泵入汁液加热器，在那里温度升高至约100℃-105℃从而失活酶共混物。在约7.1至7.2并不超过7.5的pH下，可用的反应时间是约14至16分钟。添加商购的阴离子絮凝剂(BASF)从而加速在净化器中的泥浆和其他微粒和胶体物质的沉降。净化器停留时间是约80至90分钟。该步骤之后接着可选的步骤：通过膜过滤，使用过滤机压滤或离心作用或它们的任何组合进行过滤。随后将清澈的上清液(净化的汁液)泵入蒸发器站从而浓缩，然后开始煮糖。
收集混合的汁液、清澈的汁液和最终糖的样品并分析不同的参数。这些参数与在亚硫酸化期间所收集的样品相比较。获得产量的显著改善连同压滤机泥浆减少而不损害最终糖的颜色。在汁液净化步骤中完全消除硫，导致另外的节省(因为使用低能量以及使用较少量的石灰获得类似于亚硫酸化的结果)。
图3和4比较了用酶共混物‘G’处理的清澈的汁液相对于经受亚硫酸化方法的清澈的汁液的颜色和纯度。图5和6比较了通过亚硫酸化方法获得的最终的糖和通过酶共混物‘G’应用获得的最终的糖的颜色和回收百分率。
实施例5：
用于净化糖汁液的亚硫酸化方法与基于酶的硫替代方法的比较(在工厂规模下)。
净化糖汁液的基于酶的硫替代方法，在减少蒸发器和管道的规模、降低设备腐蚀、改善生物产甲烷作用(biomethanation)速率和糖质量方面，优于亚硫酸化。
表4：酶法与亚硫酸化方法的比较
参数 亚硫酸化 使用酶共混物‘G’的酶方法
清澈的汁液纯度(％) 82.78 85.39
在清澈的汁液中的氧化钙(ppm) 1180 1050
从混合的汁液至清澈的汁液的氧化钙上升(ppm) 370 227.5
滤饼的质量(以吨计) 277.43 96.4
石灰消耗量(以吨计) 0.16 0.1
回收率(％) 10.04 10.58
上表示出了石灰消耗量和存在于净化的汁液中的石灰量在本公开的使用酶的方法中显著减少。因此，由于硫磺的盐、钾/钙盐的沉积和硫与钾和其他离子反应，引起在本公开方法中的管道和设备的规模将会减少。
实施例6：
酶共混物‘G’的剂量对于汁液颜色减少的影响：研究酶共混物的剂量对于汁液颜色减少和纯度增强的影响。在工厂规模下，向混合的汁液给予15ppm、30ppm和45ppm的酶共混物。分析在过滤之后获得的清澈汁液的参数。数据如下表所示：
表5：混合的糖汁液和清澈的糖汁液的分析
从上表中，显然随着酶共混物剂量增加，净化的糖汁液的颜色和浊度减少并且纯度增加。
实施例7：
单独的酶对于糖汁液的颜色减少的影响与酶共混物对于汁液颜色的增效作用相比较：
为了研究单独的酶对于汁液颜色的影响，在测试样本中，将约30ppm剂量的酶添加至鲜甘蔗汁液，在约50℃的温度下孵育约15分钟。在酶添加之前，调整汁液的pH至约5.0。孵育后，冷却汁液并且添加石灰从而中和pH并且加热汁液至约100℃约50分钟。随后将溶液过滤并且通过标准的ICUMSA方法评估颜色。
表6：用单独的酶处理的糖汁液的颜色评估
上面的结果示出了添加单独的酶对于汁液颜色的减少没有显著影响。这可以归因于每种酶对特定组分起作用，该特定组分的减少对于汁液的颜色没有显著影响。
通过添加不同的多种组合的酶至汁液来研究酶的增效作用。添加约30ppm剂量的酶组合/酶共混物至25ml的鲜甘蔗汁液，在约50℃下孵育约15分钟。在酶添加之前，调整汁液的pH至约5.0。孵育后，冷却汁液并且添加石灰从而中和pH并且加热汁液至约100℃约50分钟。随后将溶液过滤并且通过标准的ICUMSA方法评估颜色。
表7：用酶共混物组合物A至G处理的糖汁液的颜色和浊度分析
样品编号 酶共混物名称 剂量(ppm) 浊度 ICUMSA 减少％
1 对照(没有酶) 0 0.0333 29000 0
2 A 30 0.0307 25520 12
3 B 30 0.027 24650 15
4 C 30 0.0286 26680 8
5 D 30 0.0246 24070 17
6 E 30 0.028 24070 17
7 F 30 0.0232 22620 22
8 G 30 0.022 22040 24
从上面的结果中，显然，当与使用单独的酶净化的糖汁液的ICUMSA值相比较时，在酶-A、B、C、D、E、F、G的组合的情况下，净化的汁液的ICUMSA值减少的百分率是更高的。这示出了酶的所述组合是增效组合物，而非仅仅添加剂组合物。
实施例8：
抗坏血酸与碳水化合物解聚酶的组合对于甘蔗汁液/糖汁液脱色的影响
在测试样品中，将约30ppm剂量的来自上面提及的共混物F的酶添加至鲜甘蔗汁液，与各种浓度的抗坏血酸在约50℃的温度下孵育约15分钟。在酶添加之前，调整汁液的pH至约5.0。在约15分钟后，添加石灰中和pH并且加热汁液至约100℃约50分钟。随后将溶液过滤并且通过标准的ICUMSA方法评估颜色。
该实验的对照由用石灰处理但没有用酶处理的汁液组成。
表8：用酶共混物F和不同浓度的抗坏血酸处理的糖汁液的颜色分析
测试 ICUMSA 减少％
对照-没有酶 30112 0.0
对照-酶共混物F 23908 20.6
酶+0.015％w/v抗坏血酸 22794 24.3
酶+0.03％w/v抗坏血酸 23005 23.6
酶+0.05％w/v抗坏血酸 22855 24.1
酶+0.07％w/v抗坏血酸 23186 23.0
酶+0.1％w/v抗坏血酸 22794.78 24.3
0.1％抗坏血酸 29690 1.4
已经发现，0.015％w/v至0.1％的抗坏血酸连同酶在减少甘蔗汁液的颜色中是最有效的。
实施例9：
涉及酶共混物使用的从甜菜制造糖的方法(图7)
洗甜菜、切片，搓碎，在约50℃至约70℃的温度范围使用热水提取汁液，其中汁液的pH是约7并且保持时间是约2至约5分钟。随后将汁液过滤。代替接着使糖汁液经受利用二氧化硫气体的亚硫酸化的常规方法的步骤，添加本公开的任何酶共混物组合物至糖汁液从而去除颜色、浊度和其他杂质，其中该步骤的温度是约80℃持续约10分钟并且其中糖汁液是pH7。得到的清澈的/净化的汁液经受多级蒸发。实施多级蒸发方法从而通过去除水来浓缩在汁液中的蔗糖。通常在一系列的5个蒸发器中实施该步骤。利用来自锅炉的蒸汽加热第一蒸发器并且来自第一蒸发器中蒸发的水的蒸汽用于加热第二蒸发器等等。因为由于从蒸发器至蒸发器的热损失随后发生热减少，所以压力减少。这允许当汁液通过时，在较低的温度下煮汁液。
在蒸发之后，获得浓汁液，其具有大约55％-65％的蔗糖浓度。此后，可选地利用任何酶共混物组合物‘A’至‘G’处理得到的糖浆，并且进一步结晶从而获得白糖。
涉及酶共混物的使用从粗糖制造糖的方法(图8)
在约85℃的温度下，粗糖首先经受砂糖的洗炼(affination)或洗涤约2至约3分钟，其中粗糖的pH是约7.2至约8。洗过的粗糖溶解于水中从而获得糖汁液，随后在约100℃下利用石灰乳纯化约2至约3分钟，其中汁液的pH是约8。随后过滤纯化的汁液。在约70℃的温度下，通过利用任何酶共混物组合物‘A’至‘G’处理来净化过滤的汁液持续约10分钟，其中汁液的pH是约7，代替经受常规的方法如亚硫酸化和使用离子交换树脂。将得到的净化的汁液煮沸从而获得糖浆，可选地再次利用本公开的任何酶共混物组合物进行处理。此后，结晶并离心净化的糖浆从而获得白糖。
在本文中提供的实施例不应被解释成限于如这些部分中所公开的酶共混物组合本身。提供这些实施例仅用于说明的目的并应当与本公开的详细说明结合阅读。因此，除了如在本文中的实施例中提供的酶共混物组合之外，本领域技术人员将能够延伸类似的酶共混物或酶共混物的其他各种各样的组合的可使用性。

Claims (23)

1.一种组合物，包含酶共混物，可选地连同赋形剂。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述组合物是增效组合物并且其中，所述酶共混物包括选自包含淀粉酶、木聚糖酶、纤维素酶、半纤维素酶、葡聚糖酶、半乳糖苷酶、葡糖氧化酶以及非酶组分-抗坏血酸或它们的任何组合的组的多种酶。
3.根据权利要求2所述的组合物，其中，所述淀粉酶选自包含浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约10％至约20％w/w的α-淀粉酶、β-淀粉酶和γ-淀粉酶或它们的任何组合的组；所述木聚糖酶选自包含浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约20％至约40％w/w的外切木聚糖酶和内切木聚糖酶或它们的组合的组；所述纤维素酶选自包含浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约20％至约40％w/w的外切纤维素酶、内切纤维素酶和纤维二糖酶或它们的任何组合的组；所述半纤维素酶浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约15％至约30％w/w；所述葡聚糖酶选自包含浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约5％至30％w/w的α-葡聚糖酶、β-葡聚糖酶、木葡聚糖-特异性内切-β-1,4-葡聚糖酶、木葡聚糖-特异性外切-β-1,4-葡聚糖酶和支链淀粉酶或它们的任何组合的组；所述半乳糖苷酶选自包含浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约5％至10％w/w的α-半乳糖苷酶和β-半乳糖苷酶或它们的组合的组；所述葡糖氧化酶浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约5％至10％w/w；以及所述非酶组分-抗坏血酸浓度范围从约约0.1％至约99％w/w，优选地从约0.015至约10％w/w。
4.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述组合物用于净化糖汁液或获得无化学品的糖，并且其中所述糖汁液获得自选自包含甘蔗、甜菜、粗糖、以及用于糖处理的其它底物或它们的任何组合的组的来源。
5.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述赋形剂选自包含抗结块剂、稳定剂和絮凝剂或它们的任何组合的组。
6.根据权利要求5所述的组合物，其中，所述抗结块剂选自包含气相二氧化硅、膨润土和滑石或它们的任何组合的组；其中，所述稳定剂选自包含氯化钠、气相二氧化硅、蔗糖、麦芽糊精、海藻糖、乳糖、阿拉伯糖和纤维素或它们的任何组合的组；并且其中，所述絮凝剂是阴离子絮凝剂。
7.根据权利要求5所述的组合物，其中，所述赋形剂浓度范围从约0.01％至约20％，优选地约1％至约10％。
8.一种用于净化糖汁液的方法，所述方法包括以下操作：
a.将所述汁液与酶共混物混合从而获得混合物；
b.可选地保持接着冷却所述混合物；以及
c.通过添加pH调节剂来中和步骤(a)或步骤(b)的所述混合物，接着再保持并可选地再冷却，接着可选地添加赋形剂或过滤或两者，从而获得净化的糖汁液。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述糖汁液获得自选自包含甘蔗、甜菜、粗糖、以及用于糖处理的其它底物或它们的任何组合的组的来源。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述酶共混物包括选自包含淀粉酶、木聚糖酶、纤维素酶、半纤维素酶、葡聚糖酶、半乳糖苷酶、葡糖氧化酶和抗坏血酸或它们的任何组合的组的多种酶；以及其中，所述淀粉酶选自包含浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约10％至约20％w/w的α-淀粉酶、β-淀粉酶和γ-淀粉酶或它们的任何组合的组；所述木聚糖酶选自包含浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约20％至约40％w/w的外切木聚糖酶和内切木聚糖酶或它们的组合的组；所述纤维素酶选自包含浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约20％至约40％w/w的外切纤维素酶、内切纤维素酶和纤维二糖酶或它们的任何组合的组；所述半纤维素酶浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约15％至约30％w/w；所述葡聚糖酶选自包含浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约5％至30％w/w的α-葡聚糖酶、β-葡聚糖酶、木葡聚糖-特异性内切-β-1,4-葡聚糖酶、木葡聚糖-特异性外切-β-1,4-葡聚糖酶和支链淀粉酶或它们的任何组合的组；所述半乳糖苷酶选自包含浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约5％至10％w/w的α-半乳糖苷酶和β-半乳糖苷酶或它们的组合的组；所述葡糖氧化酶浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约5％至10％w/w；以及非酶组分-抗坏血酸浓度范围从约0.1％至约99％w/w，优选地从约0.015至约10％w/w。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，通过将所述酶共混物添加至具有约35℃至约45℃的温度的所述糖汁液来实施所述混合，或其中，通过将所述酶共混物添加至所述糖汁液以获得混合物来实施所述混合，接着煮所述混合物至约65℃至约75℃的温度。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，步骤(b)的所述保持为在范围从约50℃至约80℃的温度下，持续范围从约5分钟至约15分钟的时间段。
13.根据权利要求8所述的方法，其中，所述冷却是在范围从约25℃至约30℃的温度下。
14.根据权利要求8所述的方法，其中，通过添加选自包含氧化钙(石灰)、氢氧化钙(石灰乳)、正磷酸和无机钙化合物或它们的任何组合的组的pH调节剂来实施所述中和。
15.根据权利要求8所述的方法，其中，步骤(c)的所述再保持为在范围从约90℃至约110℃的温度下，持续范围从约20分钟至约90分钟的时间段或者在范围从约90℃至约110℃的温度下，持续范围从约10分钟至约20分钟的时间段。
16.根据权利要求8所述的方法，其中，通过选自包括膜过滤、过滤机压滤和沉降或它们的任何组合的组的方法来实施所述过滤。
17.根据权利要求8所述的方法，其中，可以进一步处理净化的所述糖汁液从而获得净化的糖。
18.根据权利要求8所述的方法，其中，所述方法包括以下操作：
a.将所述酶共混物添加至具有约30℃至约45℃的温度的所述糖汁液从而获得混合物；
b.可选地在范围从约50℃至约80℃的温度下保持范围从约5分钟至约15分钟的时间段，接着在范围从约25℃至约30℃的温度下冷却所述混合物；以及
c.通过添加pH调节剂来中和步骤(a)或步骤(b)的所述混合物，接着在范围从约90℃至约110℃的温度下，再保持范围从约20分钟至约90分钟的时间段并可选地再冷却，接着可选地添加赋形剂或过滤或两者，从而获得净化的所述糖汁液。
19.根据权利要求8所述的方法，其中，所述方法包括以下操作：
a.将所述酶共混物添加至所述糖汁液从而获得混合物，接着煮所述混合物至约65℃至约75℃的温度；
b.可选地在范围从约50℃至约80℃的温度下保持范围从约5分钟至约15分钟的时间段，接着在范围从约25℃至约30℃的温度下冷却所述混合物；以及
c.通过添加pH调节剂来中和步骤(a)或步骤(b)的所述混合物，接着在范围从约90℃至约110℃的温度下再保持范围从约10分钟至约20分钟的时间段并可选地再冷却，接着可选地添加赋形剂或过滤或两者，从而获得净化的所述糖汁液。
20.通过权利要求8所述的方法获得的净化的糖汁液。
21.根据权利要求20所述的净化的糖汁液，其中，所述汁液能够被进一步处理从而获得净化的糖。
22.一种用于获得包含酶共混物可选地连同赋形剂的组合物的方法，所述方法包括以下操作：将选自包含淀粉酶、木聚糖酶、纤维素酶、半纤维素酶、葡聚糖酶、半乳糖苷酶、葡糖氧化酶和非酶组分-抗坏血酸或它们的任何组合的组的多种酶可选地连同所述赋形剂合并从而获得所述酶共混物。
23.一种用于净化糖汁液或用于获得净化的糖的试剂盒，所述试剂盒包括：选自包含淀粉酶、木聚糖酶、纤维素酶、半纤维素酶、葡聚糖酶、半乳糖苷酶、葡糖氧化酶和非酶组分-抗坏血酸或它们的任何组合的组的酶；选自包含氧化钙(石灰)、氢氧化钙(石灰乳)、正磷酸和无机钙化合物或它们的任何组合的组的pH调节剂；以及选自包含抗结块剂、稳定剂和絮凝剂或它们的任何组合的组的赋形剂，连同使用手册。
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Application publication date: 20160330

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