CS249526B2 - A method for the selective recovery of sugar, which is either glucose or maltose, from digested liquefied starch - Google Patents

A method for the selective recovery of sugar, which is either glucose or maltose, from digested liquefied starch Download PDF

Info

Publication number
CS249526B2
CS249526B2 CS752984A CS752984A CS249526B2 CS 249526 B2 CS249526 B2 CS 249526B2 CS 752984 A CS752984 A CS 752984A CS 752984 A CS752984 A CS 752984A CS 249526 B2 CS249526 B2 CS 249526B2
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
glucose
sugar
stream
enzyme
maltose
Prior art date
Application number
CS752984A
Other languages
Czech (cs)
Inventor
Ronald P Rohrbach
Mary J Maliark
Thomas P Mallov
Gregory J Thopson
Kaung F Lin
David-W Penner
Original Assignee
Uop Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Uop Inc filed Critical Uop Inc
Priority to CS752984A priority Critical patent/CS249526B2/en
Publication of CS249526B2 publication Critical patent/CS249526B2/en

Links

Landscapes

  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

Způsob selektivního získávání cukru, kterým je buď glukóza, nebo maltóza, z naštěpeného ztekuceného škrobu podle navrženého řešení spočívá v tom, že se násada naštěpeného ztekuceného škrobu hydrolyzuje působením rozpustného nebo mobilizovaného enzymu poskytujícího glukózu nebo maltózu za vzniku proudu odcházejícího z reakční zóny obsahujícího 50 až 92 % hmot. shora uvedeného cukru, tento proud se rozděluje na proud produktu obohacený o cukr obsahující alespoň 90 % hmot. cukru a proud ochuzený o cukr, proud obohacený o cukr se izoluje a proud ochuzený o cukr se recykluje do hydrolyzačního stupně. Účelem navrženého řešení je dosáhnout podstatného zkrácení reakční doby, snížení obsahu reversních produktů a podstatného zvýšení produktivity celého postupu.The method of selectively recovering sugar, which is either glucose or maltose, from digested liquefied starch according to the proposed solution consists in that a batch of digested liquefied starch is hydrolyzed by the action of a soluble or mobilized enzyme providing glucose or maltose to form a stream leaving the reaction zone containing 50 to 92% by weight of the above-mentioned sugar, this stream is divided into a product stream enriched with sugar containing at least 90% by weight of sugar and a stream depleted of sugar, the stream enriched with sugar is isolated and the stream depleted of sugar is recycled to the hydrolysis stage. The purpose of the proposed solution is to achieve a significant reduction in the reaction time, a reduction in the content of reverse products and a significant increase in the productivity of the entire process.

Description

Vynález se týká způsobu výroby glukózy nebo maltózy ze škrobu.The invention relates to a method for producing glucose or maltose from starch.

V přírodě se vyskytující uhlohydráty ve formě škrobu jsou obnovitelné zdroje obchodně důležitých cukrů, zahrnujících monosacharid glukózu a disacharid maltózu. Glukóza a maltóza jsou sladidla v potravinářství a živné látky. Maltóza je též užitečná pro kultivační prostředí. Obzvláště užitečná je glukóza, poněvadž ji lze izomerizovat na ještě sladivější monosacharid, fruktózu.Naturally occurring carbohydrates in the form of starch are renewable sources of commercially important sugars, including the monosaccharide glucose and the disaccharide maltose. Glucose and maltose are food sweeteners and nutrients. Maltose is also useful for culture media. Glucose is particularly useful because it can be isomerized to the even sweeter monosaccharide, fructose.

Vynález se týká dvoustupňového postupu pro získání vysoce čisté glukózy nebo maltózy ze suroviny obsahující škrob, získané z takových rostlin, jako je tapioka, kukuřice, brambor, rýže a pšenice.The invention relates to a two-step process for obtaining highly pure glucose or maltose from starch-containing raw materials obtained from plants such as tapioca, corn, potato, rice and wheat.

Blokové schéma obvyklého způsobu výroby glukózy z naštěpeného ztekuceného je znázorněn na obr. 1. Pojmem „naštěpený ztekucený škrob“, tak, jak je ho používáno v tomto popisu a na obrázcích, se rozumí ztekucený škrob, který je částečně hydrolyzován enzymem alfa-amylázou. Používá se různých typů enzymu alfa-amylázy pro výrobu naštěpeného ztekuceného škrobu. Získané naštěpené ztekucené škroby mají odlišné, ale analogické vlastnosti v závislosti na tom, zda se má získat maltóza nebo glukóza.A block diagram of a conventional process for producing glucose from digested liquefied starch is shown in Fig. 1. The term "digested liquefied starch", as used in this description and in the figures, means liquefied starch that has been partially hydrolyzed by the enzyme alpha-amylase. Various types of alpha-amylase enzyme are used to produce digested liquefied starch. The digested liquefied starches obtained have different but analogous properties depending on whether maltose or glucose is to be obtained.

Naštěpený ztekucený škrob má sušinu 30 až 45 % a obsahuje menší podíl monosacharidů (až do 10 °/o, ale obvykle méně než 4 %], 20 až 70 °/o disacharidů až heptasacharidů (DP2—DPz] a 30 až 80 % oktasacharidů a výšemolekulárních polysacharidů. Jedním měřítkem stupně hydrolýzy je dextrózový ekvivalent. Naštěpený ztekucený škrob má vyšší dextrózový ekvivalent, tj. obsahuje vyšší podíl pravotočivé glukózy ve srovnání s nezpracovaným škrobem. Nezpracovaný škrob neobsahuje žádné nebo obsahuje jen malý počet volných jednotek dextrózy; naštěpený ztekucený škrob může mít koncentraci dextrózy zvýšenu na nízkou hodnotu ležící v rozmezí od 5 do 25.Digested liquefied starch has a dry matter content of 30 to 45% and contains a smaller proportion of monosaccharides (up to 10%, but usually less than 4%), 20 to 70% of disaccharides to heptasaccharides (DP2-DP2) and 30 to 80% of octasaccharides and higher molecular weight polysaccharides. One measure of the degree of hydrolysis is the dextrose equivalent. Digested liquefied starch has a higher dextrose equivalent, i.e. it contains a higher proportion of dextrorotatory glucose compared to unprocessed starch. Unprocessed starch contains no or only a small number of free dextrose units; digested liquefied starch may have its dextrose concentration increased to a low value ranging from 5 to 25.

Při běžném postupu znázorněném na obrázku 1 vstupuje naštěpený ztekucený škrob 1 do zcukřovací či hydrolytické reakční zóny 2, kde je podroben enzymaticky katalyzované hydrolýze za použití enzymu vytvářejícího glukózu, jako je například amyloglukosidáza (glukoamyláza), dále označovaná jako AG.In the conventional process illustrated in Figure 1, the digested liquefied starch 1 enters a saccharification or hydrolysis reaction zone 2 where it is subjected to enzymatically catalyzed hydrolysis using a glucose-forming enzyme such as amyloglucosidase (glucoamylase), hereinafter referred to as AG.

Hlavním znakem současných postupů je, že se v hydrolýze pokračuje v jednom stupni tak dlouho, dokud se nedosáhne maximální tvorby glukózy, což odpovídá obsahu asi 94 až 96 °/o glukózy v proudu 3 produktu, v případě, že se použije suroviny obsahující asi 30 % sušiny. Ačkoliv je na obrázku znázorněna pro zcukřování pouze jedna reakční zóna, představuje tato varianta jen jedno možné provedení. V jiných provedeních je možno používat většího počtu reakčních zón zapojených do série.The main feature of the current processes is that the hydrolysis is continued in one stage until the maximum glucose formation is reached, which corresponds to a content of about 94 to 96% glucose in the product stream 3, if a raw material containing about 30% dry matter is used. Although only one reaction zone is shown for saccharification in the figure, this variant represents only one possible embodiment. In other embodiments, it is possible to use a larger number of reaction zones connected in series.

Proud 3 odcházející ze zcukřovací zóny 2 obsahující více než asi 94 % glukózy (vztaženo na sušinu] se pak koncentruje, je-li to zapotřebí, v odpařovací zóně 4, přičemž se získá proud 5 produktu obsahující od asi 35 do asi 50 % sušiny. Proudu 5 produktu se typicky používá jako suroviny pro izomerizační reakční zónu 6, ve které se glukóza enzymaticky konvertuje na fruktózu pomocí glukózy izomerázy.Stream 3 leaving saccharification zone 2 containing more than about 94% glucose (based on dry matter) is then concentrated, if necessary, in evaporation zone 4 to yield product stream 5 containing from about 35 to about 50% dry matter. Product stream 5 is typically used as feedstock for isomerization reaction zone 6, in which glucose is enzymatically converted to fructose by glucose isomerase.

Obvyklý postup výroby maltózy ze škrobu je analogický postupu znázorněnému na obr. 1, přičemž hlavní rozdíl spočívá v tom, že se naštěpený ztekucený škrob hydrolyzuje enzymem poskytujícím maltózu. Jako enzymu produkujícího maltózu se převážně a takřka výlučně používá beta-amylázy.The usual process for producing maltose from starch is analogous to that shown in Fig. 1, the main difference being that the digested liquefied starch is hydrolyzed by an enzyme yielding maltose. Beta-amylase is predominantly and almost exclusively used as the enzyme producing maltose.

Předložený vynález je zaměřen jak na výrobu glukózy, tak na výrobu maltózy. Výhradně s ohledem na zestručnění popisu je v následujícím textu popisována výroba glukózy. Je však samozřejmé, že analogický popis by přicházel v úvahu pro výrobu maltózy.The present invention is directed to both the production of glucose and the production of maltose. For the sake of brevity, the following description will be limited to the production of glucose. It will be understood, however, that an analogous description would apply to the production of maltose.

Konvenční postup je zatížen několika nevýhodami. Jednou z nevýhod, která je charakteristická pro všechny postupy prováděné do maximální konverze, jsou zvýšené náklady v důsledku prodloužené reakční doby nutné pro dosažení maximální konverze. Platí, že čím delší je doba nutná pro dosažení takové konverze, tím je postup nákladnější a tedy méně výhodný. Poněvadž glukóza potlačuje aktivitu enzymu tím, že tvoří s AG komplex, rychlost hydrolýzy klesá s akumulací glukózy a tím se dále zvyšuje reakční doba.The conventional process suffers from several disadvantages. One of the disadvantages, which is characteristic of all processes carried out to maximum conversion, is the increased cost due to the prolonged reaction time required to achieve maximum conversion. It is true that the longer the time required to achieve such conversion, the more expensive and therefore less advantageous the process. Since glucose suppresses the activity of the enzyme by forming a complex with AG, the rate of hydrolysis decreases with the accumulation of glucose, thereby further increasing the reaction time.

Další nevýhodou charakteristickou pro poměrně dlouhou dobu setrvání produktu v reakční zóně při AG katalyzované hydrolýze naštěpeného ztekuceného škrobu je to, že glukóza, monosacharid, konvertuje zpětně na disacharidy, m. j. na izomaltózu. Izomaltóza je „stálý disacharid“, tj. nesnadno· se hydrolyzuje, a je hořká, a proto je vysoce nežádoucí složkou glukózové suroviny používané pro výrobu fruktózy. Čím delší je reakční doba, tím je vyšší koncentrace glukózy a také koncentrace izomaltózy v produktu.Another disadvantage characteristic of the relatively long residence time of the product in the reaction zone in AG catalyzed hydrolysis of digested liquefied starch is that glucose, a monosaccharide, converts back to disaccharides, including isomaltose. Isomaltose is a "stable disaccharide", i.e. it is not easily hydrolyzed, and is bitter, and is therefore a highly undesirable component of the glucose feedstock used for fructose production. The longer the reaction time, the higher the concentration of glucose and also the concentration of isomaltose in the product.

Ještě další nevýhodou, alespoň v tom případě, že se ve zcukřovací zóně použije rozpustného enzymu, je, že enzym musí být kontinuálně nahrazován, tak, jak se ztrácí při výrobě. Náklady rostou úměrně s tím, jak klesá množství glukózy vytvořené na jednotku enzymu.Yet another disadvantage, at least when a soluble enzyme is used in the saccharification zone, is that the enzyme must be continuously replaced as it is lost during production. The cost increases as the amount of glucose produced per unit of enzyme decreases.

Poněvadž současné průmyslové postupy výroby kukuřičného sirupu s vysokým obsahem fruktózy izomerizací glukózy vycházejí z glukózové suroviny obsahující alespoň 94 °/o glukózy, je jakýkoliv nový nebo modifikovaný způsob výroby glukózy omezen tím, že musí poskytovat produkt se srovnatelnou koncentrací glukózy.Since current industrial processes for producing high fructose corn syrup by glucose isomerization start from a glucose feedstock containing at least 94% glucose, any new or modified method for producing glucose is limited in that it must provide a product with a comparable glucose concentration.

Účinnější způsob podle tohoto vynálezu je schopen poskytnout proud produktu ob249526 sáhujícího alespoň 94 % glukózy a není zatížen shora uvedenými nevýhodami známých postupů.The more efficient process according to the present invention is capable of providing a product stream comprising at least 94% glucose and is not burdened by the above-mentioned disadvantages of the known processes.

Způsob selektivního získávání cukru, kterým je buď glukóza, nebo maltóza, z naštěpeného ztekuceného škrobu, podle navrženého řešení spočívá v tom, že se násada naštěpenébo ztekuceného škrobu hydrolyzuje působením rozpustného nebo immobillzovaného enzymu poskytujícího glukózu nebo maltózu za vzniku proudu odcházejícího z reakční zóny obsahujícího 50 až 92 °/o shora uvedeného cukru, tento proud se rozděluje na proud produktu obohacený o cukr obsahující alespoň 90 % cukru a proud ochuzený o cukr, proud obohacený o cukr se izoluje a proud ochuzený o cukr se recykluje do hydrolyzačního stupně.The method of selectively obtaining sugar, which is either glucose or maltose, from digested liquefied starch, according to the proposed solution, consists in hydrolyzing a batch of digested or liquefied starch under the action of a soluble or immobilized enzyme providing glucose or maltose to form a stream leaving the reaction zone containing 50 to 92% of the aforementioned sugar, this stream is divided into a product stream enriched with sugar containing at least 90% sugar and a stream depleted of sugar, the stream enriched with sugar is isolated and the stream depleted of sugar is recycled to the hydrolysis stage.

Podle výhodného provedení proud odcházející z reakční zóny obsahuje 70 až 80 % cukru.According to a preferred embodiment, the stream leaving the reaction zone contains 70 to 80% sugar.

Pokud jde o separaci proudu odcházejícího z reaktoru, s výhodou se provádí za použití membrány nebo pevného adsorbentu.As regards the separation of the stream leaving the reactor, it is preferably carried out using a membrane or a solid adsorbent.

Charakteristickým rysem způsobu selektivního získávání glukózy je, že se jako enzymu použije amyloglukozidázy. Při selektivním získávání malkózy se účelně používá beta-amylázy.A characteristic feature of the method for selective glucose recovery is that amyloglucosidase is used as the enzyme. In the selective recovery of maltose, beta-amylase is expediently used.

Tím, že se hydrolýza provádí do stupně podstatně nižšího ne žje stupeň, kterému odpovídá maximální tvorba glukózy, dosahuje se podle vynálezu podstatné úspory času a získává se glukóza s podstatně nižší koncentrací reverzních produktů.By carrying out the hydrolysis to a degree substantially lower than the degree corresponding to the maximum glucose formation, a substantial saving of time is achieved according to the invention and glucose with a substantially lower concentration of reversal products is obtained.

Výhodou vynálezu tedy je, že umožňuje podstatné zkrácení provozní doby. Další výhodou doprovázející zkrácení provozní doby je, že postup podle vynálezu poskytuje glukózu obsahující méně reverzních produktů (disacharidů) než známé postupy.The advantage of the invention is therefore that it allows a substantial reduction in the operating time. Another advantage accompanying the reduction in the operating time is that the process according to the invention provides glucose containing fewer reverse products (disaccharides) than known processes.

Při způsobu podle vynálezu je možno využít ještě dalších výhod plynoucích z charakteristik enzymaticky katalyzované hydrolýzy naštěpeného ztekuceného škrobu, kterých nelze využít při současných známých průmyslových postupech. Když se zvýší obsah sušiny v surovině pro AG katalyzovanou hydrolýzu, zvýší se rovněž stálost enzymu, měřená poločasem jeho životnosti. Se zvyšujícím se obsahem sušiny se rovněž zvyšuje rychlost tvorby glukózy.The method of the invention can take advantage of further advantages resulting from the characteristics of enzymatically catalyzed hydrolysis of digested liquefied starch that cannot be utilized in current known industrial processes. When the dry matter content of the feedstock for AG catalyzed hydrolysis is increased, the stability of the enzyme, as measured by its half-life, also increases. With increasing dry matter content, the rate of glucose formation also increases.

Obě tyto vlastnosti jsou zcela příznivé, ale přesto jich nelze využít v současných průmyslových postupech, poněvadž zvýšení obsahu sušiny vede rovněž k nižší maximálně dosažitelné koncentraci glukózy doprovázené zvýšeným obsahem reverzních produktů.Both of these properties are quite favorable, but nevertheless cannot be used in current industrial processes, since an increase in the dry matter content also leads to a lower maximum achievable glucose concentration accompanied by an increased content of reversal products.

Na rozdíl od až dosud známých postupů, může způsob podle vynálezu s výhodou využít příznivých charakteristik zvýšené stálosti enzymu a zvýšené rychlosti tvorby glukózy bez toho, že by tyto výhody byly doprovázeny nevýhodou spočívající ve zvýšené tvorbě reverzních produktů. V tomto smyslu má vynález skutečně synergetický charakter — absorbuje výhodné účinky, ale nikoliv škodlivé účinky.Unlike the processes known heretofore, the method of the invention can advantageously utilize the favorable characteristics of increased enzyme stability and increased glucose production rate without these advantages being accompanied by the disadvantage of increased formation of reversal products. In this sense, the invention is truly synergistic in nature—absorbing beneficial effects but not detrimental effects.

Jedním charakteristickým rysem použití imobilizované AG při hydrolýze naštěpeného ztekuceného škrobu je, že se při něm dosahuje v rovnováze méně než 94 % glukózy v produktu a že poměrně dlouhá doba setrvání má za následek vznik nežádoucích reverzních produktů [imobilizované AG je proto možno při současných průmyslových postupech používat jen s obtížemi.One characteristic feature of the use of immobilized AG in the hydrolysis of digested liquefied starch is that it achieves less than 94% glucose in the product at equilibrium and that the relatively long residence time results in the formation of undesirable reverse products [immobilized AG can therefore be used with difficulty in current industrial processes.

Další výhodou tohoto vynálezu proto je, že umožňuje snadné využití imobilizované AG. Při použití rozpustné (nebo neimobilizované) AG na hydrolýzu naštěpeného ztekuceného škrobu je nutno kontinuálně nahrazovat enzym, který se ztrácí při výrobě glukózy.Another advantage of the present invention is therefore that it allows for easy utilization of immobilized AG. When using soluble (or non-immobilized) AG to hydrolyze digested liquefied starch, it is necessary to continuously replace the enzyme that is lost in the production of glucose.

Ještě další výhodou způsobu podle vynálezu proto je, že poskytuje podstatný nárůst produktivity, která je definována jako množství glukózy vytvořené na jednotku enzymu. Zvýšení produktivity je zčásti důsledkem recyklování enzymu přítomného v recyklovaném proudu (v případě, že se používá rozpustné AG) a dále je důsledkem prodloužení poločasu životnosti enzymu (ať již se použije rozpustné nebo imobilizované AG].Yet another advantage of the process of the invention is therefore that it provides a substantial increase in productivity, which is defined as the amount of glucose produced per unit of enzyme. The increase in productivity is partly due to the recycling of the enzyme present in the recycle stream (in the case where soluble AG is used) and further due to the extension of the half-life of the enzyme (whether soluble or immobilized AG is used).

Koncentrace glukózy v proudu vycházejícím z postupu podle vynálezu činí alespoň 90 %. Může se však snadno dosáhnout koncentrace glukózy nad 99 °/o, když se vhodně nastaví proměnné postupu.The glucose concentration in the stream leaving the process according to the invention is at least 90%. However, glucose concentrations above 99% can easily be achieved by appropriately adjusting the process variables.

Další výhodou postupu je, že je možno ho přizpůsobit pro kontinuální získávání glukózy o vysoké čistotě, přičemž je možno dosáhnout čistoty glukózy nad 99 %.Another advantage of the process is that it can be adapted for continuous production of high purity glucose, whereby glucose purity above 99% can be achieved.

Ještě další výhodou způsobu podle vynálezu je, že umožňuje prakticky úplnou konverzi škrobu na glukózu.Yet another advantage of the process according to the invention is that it allows for virtually complete conversion of starch to glucose.

Z velkého počtu shora uvedených výhod, které způsob podle vynálezu přináší, je zřejmé, že vynález představuje podstatný pokrok při výrobě glukózy o koncentraci asi 94 % a vyšší enzymaticky katalyzovanou hydrolýzou naštěpeného ztekuceného škrobu.From the large number of advantages mentioned above, which the method according to the invention brings, it is clear that the invention represents a significant advance in the production of glucose with a concentration of about 94% and higher by enzymatically catalyzed hydrolysis of digested liquefied starch.

Podle jednoho provedení vynálezu je předmětem vynálezu způsob selektivního získávání cukru, kterým je bud glukóza, nebo maltóza z naštěpeného ztekuceného škrobu. Naštěpený ztekucený škrob se hydrolyzuje působením enzymu produkujícího glukózu nebo maltózu, přičemž vzniká proud produktu obsahující 50 až 92 % cukru. Tento proud se rozděluje na produkt obohacený cukrem a proud ochuzený o cukr. Proud obohacený cukrem se izoluje a proud ochuzený o cukr se recykluje do hydrolyzačního stupně.According to one embodiment of the invention, the invention provides a method for selectively recovering sugar, which is either glucose or maltose, from digested liquefied starch. The digested liquefied starch is hydrolyzed by the action of an enzyme producing glucose or maltose, resulting in a product stream containing 50 to 92% sugar. This stream is separated into a sugar-enriched product and a sugar-depleted stream. The sugar-enriched stream is isolated and the sugar-depleted stream is recycled to the hydrolysis stage.

Při konkrétnějším provedení vynálezu obsahuje proud odcházející z hydrolyzačního stupně 70 až 80 % cukru a při ještě konkrétnějším provedení obsahuje proud produktu obohacený cukrem alespoň 90 % cukru.In a more specific embodiment of the invention, the stream leaving the hydrolysis stage contains 70 to 80% sugar, and in an even more specific embodiment, the sugar-enriched product stream contains at least 90% sugar.

Způsob získávání glukózy nebo maltózy z naštěpeného ztekuceného škrobu podle vynálezu představuje radikální odklon od až dosud známých metod. Jedním charakteristickým znakem tohoto odklonu je parciální hydrolýza naštěpeného ztekuceného škrobu.The process for obtaining glucose or maltose from digested liquefied starch according to the invention represents a radical departure from the methods known up to now. One characteristic feature of this departure is the partial hydrolysis of the digested liquefied starch.

Zatímco podle známých metod se naštěpený ztekucený škrob hydrolyzuje tak dlouho, dokud se nedosáhne maximální tvorby glukózy, při způsobu podle vynálezu se v hydrolýze pokračuje po podstatně kratší dobu, čímž se získá proud produktu obsahující nižší koncentraci glukózy, než je koncentrace maximální.While according to known methods the digested liquefied starch is hydrolyzed until maximum glucose formation is reached, in the method according to the invention the hydrolysis is continued for a considerably shorter time, thereby obtaining a product stream containing a lower glucose concentration than the maximum concentration.

Dalším charakteristickým znakem tohoto odklonu je rozdělování produktu hydrolýzy na proud produktu obohacený glukózou a proud ochuzený o glukózu, přičemž druhý z uvedených proudů se recykluje do hydrolyzačního stupně. Způsob podle vynálezu je znázorněn na blokovém schématu na obr. 2.Another characteristic feature of this diversion is the separation of the hydrolysis product into a glucose-enriched product stream and a glucose-depleted stream, the latter of which is recycled to the hydrolysis stage. The process according to the invention is illustrated in the block diagram in Fig. 2.

Naštěpený ztekucený škrob, definovaný shora, obsahující od asi 30 do asi 45 % pevných látek sloužící jako surovina, se vede potrubím 11 do zcukřovací reakční zóny 12. Ačkoliv je na obrázku znázorněna pro zcukřování pouze jedna reakční zóna, představuje tato varianta jen jedno možné provedení.The digested liquefied starch, as defined above, containing from about 30 to about 45% solids serving as a raw material, is passed through line 11 to a saccharification reaction zone 12. Although only one reaction zone is shown for saccharification in the figure, this variant represents only one possible embodiment.

V jiných provedeních je možno používat většího počtu reakčních zón zapojených do série, a všechna tato provedení spadají do rozsahu vynálezu. Ze zcukřovací zóny odchází proud 13 obsahující v sušině asi 50 až asi 92 % glukózy a tohoto proudu se používá jako násady do separačního stupně 15. Separace je na obrázku znázorněna jako jednostupňový pochod, ale varianty s vícestupňovou separací rovněž spadají do rozsahu vynálezu.In other embodiments, a plurality of reaction zones connected in series may be used, and all such embodiments are within the scope of the invention. A stream 13 containing about 50 to about 92% glucose on a dry matter basis leaves the saccharification zone and is used as feed to separation stage 15. The separation is shown in the figure as a single-stage process, but multi-stage separation variants are also within the scope of the invention.

Ze separační zóny vycházejí dva proudy. Jedním je proud 16 produktu obohacený o glukózu, který obsahuje alespoň 90 % glukózy v sušině a druhým je proud 14 ochuzený o glukózu. Tento druhý proud se recykluje do zcukřovací reakční zóny 12.Two streams emerge from the separation zone. One is a glucose-enriched product stream 16, which contains at least 90% glucose on a dry matter basis, and the other is a glucose-depleted stream 14. This second stream is recycled to the saccharification reaction zone 12.

V případě, že má proud 16 produktu obohacený o glukózu sloužit v konečné fázi jakoi násada pro izomerizační reaktor, odvádí se do odpařovací zóny 17, odkud se získává proud 18 obsahující asi 35 až 50 % sušiny. Proudu 18 se pak používá jako násady pro izomerizační reakční zónu 19, ve které se glukóza konvertuje na fruktózu. Je však třeba chápat, že proud produktu obohacený o glukózu může sloužit jako zdroj glukózy pro jiné účely, než jako surovina pro izomerizaci na fruktózu.In the event that the glucose-enriched product stream 16 is to serve as a feedstock for an isomerization reactor in the final stage, it is directed to an evaporation zone 17, from which a stream 18 containing about 35 to 50% dry matter is obtained. Stream 18 is then used as a feedstock for an isomerization reaction zone 19, in which the glucose is converted to fructose. However, it should be understood that the glucose-enriched product stream may serve as a source of glucose for purposes other than as a feedstock for isomerization to fructose.

Další účely, pro které může být glukózy použito, zahrnují hydrogenaci na sorbitol, fermentaci na ethanol a jako sladidlo do potravy.Other uses for which glucose can be used include hydrogenation to sorbitol, fermentation to ethanol, and as a sweetener in food.

Pokud je produktem maltóza, není na obrázku 2 zařazena izomerizační reakční zóna 19. Produktu obohaceného o maltózu (proud 16) se buď používá jako takového, nebo se posílá do odpařovací zóny 17 za účelem získání koncentrovanějších roztoků maltózy nebo i suché maltózy.If the product is maltose, the isomerization reaction zone 19 is not included in Figure 2. The maltose-enriched product (stream 16) is either used as is or sent to the evaporation zone 17 to obtain more concentrated maltose solutions or even dry maltose.

V úvodním stupni postupu se naštěpený ztekucený škrob selektivně enzymaticky hydrolyzuje enzymem produkujícím glukózu, zejména AG, za vzniku proudu produktu obsahujícího od asi 50 do asi 92 % glukózy. Tento stupeň selektivní hydrolýzy je často označován jako zcukřovací stupeň. Použitá AG může být rozpustná, v kterémžto případě se recykluje spolu s proudem ochuzeným o glukózu nebo se může jednat o imobilizovanou AG.In the initial step of the process, the digested liquefied starch is selectively enzymatically hydrolyzed by a glucose-producing enzyme, particularly AG, to produce a product stream containing from about 50 to about 92% glucose. This selective hydrolysis step is often referred to as the saccharification step. The AG used may be soluble, in which case it is recycled with the glucose-depleted stream, or it may be immobilized AG.

V obou případech může být v násadě tvořené naštěpeným ztekuceným škrobem přítomna pullulanáza nebo alfa-amyláza nebo oba tyto enzymy, aby se usnadnila hydrolýza. Teplota, při které se enzymatická hydrolýza provádí, závisí na tepelné stabilitě použitého enzymu, ale obvykle je teplota v rozmezí od asi 40 do asi 80 °C, přičemž teplota 60 °C je nejobvyklejší. Je však známo, že AG alespoň od jednoho mikroorganismu je dostatečně tepelně stálá, aby to umožnilo vést postup až do teplot až do asi 100 °C.In either case, pullulanase or alpha-amylase, or both, may be present in the digested liquefied starch feed to facilitate hydrolysis. The temperature at which the enzymatic hydrolysis is carried out depends on the thermal stability of the enzyme used, but is typically in the range of about 40 to about 80°C, with 60°C being most common. However, it is known that AG from at least one microorganism is sufficiently thermally stable to permit the process to be carried out at temperatures up to about 100°C.

Enzymatická hydrolýza se provádí za tlaku od 6,87 kPa do 6,87 MPa. Doba setrvání, po kterou je škrob ve styku s imobilizovaným enzymem je poměrně krátká, tj. je v rozmezí od 4 minut do 1,6 hodiny a je v korelaci s hodinovou prostorovou rychlostí kapalné fáze, která může být v rozmezí od asi 2 do asi 50 h_1.Enzymatic hydrolysis is carried out at a pressure of 6.87 kPa to 6.87 MPa. The residence time for which the starch is in contact with the immobilized enzyme is relatively short, i.e., in the range of 4 minutes to 1.6 hours, and is correlated with the hourly space velocity of the liquid phase, which may be in the range of about 2 to about 50 h_1 .

Prostorová rychlost a doba setrvání jsou korelovány tak, že se například stupeň konverze udržuje v požadovaném rozmezí krátkou dobou setrvání a vysokou prostorovou rychlostí (které leží ve shora uvedeném rozmezí]. Naopak, lze pro dosažení požadovaného výsledku použít i dlouhé doby setrvání a nízké prostorové rychlosti (které leží ve shora uvedeném rozmezí).Space velocity and residence time are correlated such that, for example, the degree of conversion is maintained within the desired range by a short residence time and a high space velocity (which lie within the range specified above). Conversely, long residence times and low space velocities (which lie within the range specified above) can also be used to achieve the desired result.

Doba setrvání, po kterou je škrob ve styku s rozpustným enzymem je poměrně krátká ve srovnání s běžnými postupy, tj. je v rozmezí od 2 do 48 hodin.The residence time for which the starch is in contact with the soluble enzyme is relatively short compared to conventional processes, i.e., it ranges from 2 to 48 hours.

Žádoucím důsledkem hydrolýzy naštěpeného ztekuceného škrobu na proud produktu obsahující 50 až 92 % glukózy v sušině je podstatné zkrácení reakční doby. Hydrolýza na produkt obsahující 50 % glukózy může trvat méně než jednu čtvrtinu doby potřebné pro získání 94 % glukózy, hydrolýza na 90% glukózu může trvat jen polovinu této doby a dokonce 1 hydrolýza na 92% glukózu může trvat pouze tři pětiny této doby.A desirable consequence of the hydrolysis of digested liquefied starch to a product stream containing 50 to 92% glucose on a dry matter basis is a substantial reduction in reaction time. Hydrolysis to a product containing 50% glucose may take less than one-quarter of the time required to obtain 94% glucose, hydrolysis to 90% glucose may take only half that time, and even hydrolysis to 92% glucose may take only three-fifths of that time.

Jiným žádoucím důsledkem je rozhodující zlepšení organoleptických vlastností, kterého se dosahuje podstatným snížením obsahu hořké složky, izomaltózy. Hydrolýza na 50% glukózu může být doprovázena tvorbou pouze jedné čtvrtiny množství isomaltózy, které doprovází výrobu 94% glukózy.Another desirable consequence is a decisive improvement in organoleptic properties, which is achieved by a substantial reduction in the content of the bitter component, isomaltose. Hydrolysis to 50% glucose may be accompanied by the formation of only one-fourth of the amount of isomaltose that accompanies the production of 94% glucose.

Naštěpený ztekucený škrob obsahující asi 30 až asi 45 % sušiny je v průmyslu běžnouDigested liquefied starch containing about 30 to about 45% dry matter is common in industry.

ÍO surovinou, ale způsob podle vynálezu se na tuto surovinu neomezuje. Nicméně se však obsahu sušiny v rozmezí od asi 35 do asi 45 % dává při praktickém provádění vynálezu přednost, poněvadž to umožňuje plně využít prospěšného účinku vyššího obsahu sušiny na stabilitu enzymu a rychlost tvorby glukózy.10 as the raw material, but the process of the invention is not limited to this raw material. However, a dry matter content in the range of about 35 to about 45% is preferred in the practice of the invention, as this allows full utilization of the beneficial effect of higher dry matter content on enzyme stability and glucose production rate.

Při až dosud známých postupech se v hydrolýze pokračuje do maximální tvorby glukózy, což odpovídá koncentraci glukózy v produktu asi 94 %. Charakteristickým znakem způsobu podle vynálezu je naproti tomu to, že se v hydrolýze pokračuje tak dlouho, dokud obsah glukózy v proudu není v rozmezí od 50 do 92 %. Obvykle se nepracuje do vyššího obsahu glukózy než 90 procent. Žádoucí je, aby obsah glukózy v produktu odcházejícím ze zcukřovací zóny byl v rozmezí od asi 60 do asi 85 % a nejvýhodnější obsah je asi 70 až 80 %.In the processes known up to now, the hydrolysis is continued until the maximum glucose formation, which corresponds to a glucose concentration in the product of about 94%. A characteristic feature of the process according to the invention, on the other hand, is that the hydrolysis is continued until the glucose content in the stream is in the range of from 50 to 92%. Usually, the process is not carried out to a glucose content higher than 90 percent. It is desirable that the glucose content in the product leaving the saccharification zone is in the range of from about 60 to about 85% and the most preferred content is about 70 to 80%.

Proud odcházející z hydrolyzační (zcukřovací) zóny se pak v separačním stupni rozděluje na proud produktu obohacený o glukózu a na proud ochuzený o glukózu. Pokud se má proudu produktu obohaceného o glukózu používat jako násady pro izomerizaci na fruktózu, musí tento proud obsahovat alespoň asi 94 % glukózy, poněvadž současné postupy, kterými se vyrábí z glukózy fruktóza, vvžadují surovinu obsahující glukózu alespoň v této čistotěThe stream leaving the hydrolysis (saccharification) zone is then divided in a separation step into a glucose-enriched product stream and a glucose-depleted stream. If the glucose-enriched product stream is to be used as feedstock for isomerization to fructose, this stream must contain at least about 94% glucose, since current processes for producing fructose from glucose require a feedstock containing glucose of at least this purity.

V těch případech, kde je přijatelná surovina s nižším obsahem glukózy než 94 °/o, nemusí se separace provádět za tak přísných podmínek a získává se glukóza o nižší čistotě. Z praktického hlediska obsahuje proud produktu obohacený o glukózu alespoň asi 90 % glukózy. Rovněž je zřejmé, že se může separace provádě+ tak, aby se získala glukóza s ještě vyšší čistotou, tj. 94% lukóza. Podle vynálezu je možno kontinuálně vyrábět i glukózu s vvšší čistotou než 99 %, pokud je látka s tak vysokou čistotou požadována.In those cases where a feedstock with a glucose content lower than 94% is acceptable, the separation does not have to be carried out under such stringent conditions and glucose of lower purity is obtained. From a practical point of view, the product stream enriched with glucose contains at least about 90% glucose. It is also clear that the separation can be carried out in such a way as to obtain glucose of even higher purity, i.e. 94% glucose. According to the invention, it is also possible to continuously produce glucose with a purity higher than 99%, if such a high purity is required.

Separační stupeň tvoří obvykle jeden jediný stupeň. Za některých okolností může však být výhodná vícestupňová separace a takový způsob provedení rovněž spadá do rozsahu vynálezu. V každém případě se proud produktu obohacený o glukózu ze separačního stupně izoluje pro následující použití a zpracování.The separation stage usually consists of a single stage. However, in some circumstances, a multi-stage separation may be advantageous and such an embodiment is also within the scope of the invention. In any case, the glucose-enriched product stream from the separation stage is isolated for subsequent use and processing.

Pro provádění separace se hodí jakákoli metoda, kterou je možno selektivně oddělovat glukózu od disacharidů a vyšších polysacharidů. V případě, že se vytvoří maltóza, tj. disacharid, musí být separace selektivní pouze vůči vyšším polvsacharidům. Může se například účinně použít separace přes membránu.Any method that can selectively separate glucose from disaccharides and higher polysaccharides is suitable for performing the separation. In the case where maltose, i.e. a disaccharide, is formed, the separation must be selective only for higher polysaccharides. For example, membrane separation can be effectively used.

Jako další příklad je možno uvést separaci založenou na použití pevných adsorbentů. Jako příklady adsorbentů je možno uvést látky, jako jsou oxidy hlinité, oxidy křemičité, různé jíly, zeolity, atd. Ještě další metodou separace je selektivní krystalizace glukózy ze sacharidové směsi. Jako alespoň další dvě metod v separace, kterých je možno použít při způsobu podle vynálezu, je možno uvést rozponštědlovou extrakci a nadkritickou e-tr^kci.Another example is separation based on the use of solid adsorbents. Examples of adsorbents include substances such as alumina, silica, various clays, zeolites, etc. Yet another separation method is the selective crystallization of glucose from a carbohydrate mixture. At least two other separation methods that can be used in the method according to the invention are solvent extraction and supercritical e-t^ction.

Integrální částí vynálezu je recyklování proudu ochuzeného o glukózu do hydrolyzačního stupně. Pokud se v hvdrolvzačním (zcukřovacím) stupni používá více hydrolyzačních zón spojených do série, závisí volba hydrolyzační zóny, do které se vrací recyklovaný proud na provozních parametrech, jako je:An integral part of the invention is the recycling of the glucose-depleted stream to the hydrolysis stage. If multiple hydrolysis zones are used in the hydrolysis (saccharification) stage connected in series, the choice of the hydrolysis zone to which the recycled stream is returned depends on operating parameters such as:

— konfigurace reaktoru;— reactor configuration;

— aktivita příslušného enzymu;— activity of the relevant enzyme;

— koncentrace reakčních složek a/nebo produktů v recyklovaném proudu;— concentration of reactants and/or products in the recycle stream;

— okolnost, zdaje enzym rozpuštěn nebo imobilizován;— the circumstance, whether the enzyme appears dissolved or immobilized;

— koncentrace enzymu, v případě, že je enzym rozpustný;— enzyme concentration, if the enzyme is soluble;

— požadovaná čistota produktu;— required product purity;

— konkrétně použitý způsob separace apod.— specifically the separation method used, etc.

Při mnoha provozních podmínkách se může umístění vstupu recyklu ve značném rozsahu měnit, aniž bv to mělo podstatný vliv. Tak například, v případě, že je enzym imobilizován, může se část proudu ochuzeného o glukózu recyklovat tak, že se spojuje s obsadou před jejím vstupem do hvdrolyzační zóny. Za všech okolností by však mělo být jasné, že určení vhodného vstupního místa bude záviset na specifických parametrech použitých v tom kterém konkrétním postupu, přičemž toto určeni je v rozsahu zkušeností pracovníka kvalifikovaného v tomto oboru.Under many operating conditions, the location of the recycle inlet can vary considerably without significant effect. For example, where the enzyme is immobilized, a portion of the glucose-depleted stream can be recycled by combining with the feed prior to its entry into the hydrolysis zone. In all circumstances, however, it should be understood that the determination of the appropriate inlet location will depend on the specific parameters employed in any particular process, and such determination is within the skill of the person skilled in the art.

Jak již bylo uvedeno, enzymy, kterých se používá při způsobu podle vynálezu, nejčastěji zahrnuji amyloglukosidázu nebo beta-amylázu, která může být nanesena na pevném nosiči. Tím, že se použije enzymů mobilizovaných na nosiči, je možné enzymv relativně stabilizovat, zajistit jejich účinné využití a zabránit jejich ztrátám v reakčním prostředí.As already mentioned, the enzymes used in the process of the invention most often include amyloglucosidase or beta-amylase, which can be supported on a solid support. By using enzymes immobilized on a support, it is possible to relatively stabilize the enzymes, ensure their efficient utilization and prevent their loss in the reaction medium.

Takových mobilizovaných nebo insolubilizovaných enzymů je pak možno použít v· různých systémech reaktorů, jako jsou plněné kolony, míchané nádrže, atd., v závislosti na druhu použitého substrátu. Tím, že je umožněno opětné použití enzymů, které jsou v poměrně stálém stavu a mohou být tedy používány po relativně dlouhé časové období, se celý postup stává ekonomickým a atraktivním z hlediska průmyslového využití.Such mobilized or insolubilized enzymes can then be used in various reactor systems, such as packed columns, stirred tanks, etc., depending on the type of substrate used. By allowing the reuse of enzymes that are in a relatively stable state and can therefore be used for a relatively long period of time, the entire process becomes economical and attractive from an industrial point of view.

Enzymv mohou být mobilizovány na pevném nosiči jakýmkoliv způsobem známým v tomto oboru. Jedna z metod mobilizace, kterou je možno uvést pro ilustraci, je způsob imobilizace enzymu uvedený v americkém patentu č. 4 141 857.Enzymes can be immobilized on a solid support by any method known in the art. One method of immobilization that may be cited for illustration is the enzyme immobilization method disclosed in U.S. Patent No. 4,141,857.

Jak již bylo uvedeno pro oddělení glukózy nebo maltózy z částečně hydrolyzované reakční směsi vznikající působením enzymu na ztekucený škrob, je možno použít ultrafiltračních membrán. Vhodná je jakákoliv membrána vykazující vhodnou molekulovou hmotnost a velikost pórů, která je schopna poskytnout v permeátu vysoký obsah glukózy nebo maltózy a která je schopna zadržovat ostatní látky obsahující nezhydrolyzované oligosacharidy. Ultrafiltrační membrány vykazují obvykle odřez molekulové hmotnosti od hodnoty ležící v rozmezí od 100 do 5 000 a obsahují obvykle póry o· velikosti v rozmezí od asi 0,5 do asi 12,5 nm.As previously mentioned, ultrafiltration membranes can be used to separate glucose or maltose from the partially hydrolyzed reaction mixture resulting from the action of the enzyme on liquefied starch. Any membrane having a suitable molecular weight and pore size is suitable, which is capable of providing a high glucose or maltose content in the permeate and which is capable of retaining other substances containing unhydrolyzed oligosaccharides. Ultrafiltration membranes typically have a molecular weight cutoff of from 100 to 5,000 and typically have pores of from about 0.5 to about 12.5 nm in size.

Jako konkrétní příklady materiálů, ze kterých mohou být tyto membrány vytvořeny, je možno uvést acetáty celulózy, jako je:Specific examples of materials from which these membranes can be made include cellulose acetates such as:

diacetát celulózy, triacetát celulózy a jejich směsi, polyethylenimin zesíťovaný dialdehydem, chloridem dikarboxylové kyseliny nebo diisokyanátem, polyakrolein, chitosan zesíťovaný dialdehydem, jako glutaraldehydem, polystyrénsulfonáty atd.cellulose diacetate, cellulose triacetate and mixtures thereof, polyethyleneimine crosslinked with dialdehyde, dicarboxylic acid chloride or diisocyanate, polyacrolein, chitosan crosslinked with dialdehyde, such as glutaraldehyde, polystyrene sulfonates, etc.

Shora uvedené ultrafiltrační membrány představují pouze reprezentační příklady ilustrující jednotlivé třídy materiálů a vynález se na použití těchto konkrétních membrán neomezuje.The above ultrafiltration membranes are only representative examples illustrating individual classes of materials and the invention is not limited to the use of these particular membranes.

Dvoustupňový způsob podle vynálezu je možno provádět jakýmkoliv vhodným způsobem a může se provádět jak po dávkách, tak kontinuálně. Tak například, když se pracuje po dávkách a má se získat sirup s vysokým obsahem glukózy, uvede se do styku určené množství násady, obsahující kapalný škrob, který byl předtím zpracován alfa-amylázou za účelem zvýšení dextrózového ekvivalentu, s imobilizovanou amyloglukosidázou po předem určenou dobu za reakčních podmínek zahrnujících teplotu od asi 45 do asi 70 °C, a tlak v rozmezí od asi 6,87 kPa do asi 6,87 MPa.The two-stage process of the invention can be carried out in any suitable manner and can be carried out either batchwise or continuously. For example, when operating in batches and a high glucose syrup is to be obtained, a predetermined amount of feed containing liquid starch, which has been previously treated with alpha-amylase to increase the dextrose equivalent, is contacted with immobilized amyloglucosidase for a predetermined time under reaction conditions comprising a temperature of from about 45 to about 70°C, and a pressure in the range of from about 6.87 kPa to about 6.87 MPa.

Kromě toho, doba setrvání, po kterou je surovina ve styku s imobilizovaným enzymem, se koreluje s hodinovou prostorovou rychlostí kapalné fáze, kterou se násada do systému uvádí tak, aby se dosáhlo konverze kapalného škrobu na glukózu ležící v požadovaném rozmezí. Po průchodu imohillzovaným enzymem se odcházející proud zachycuje a částečně hydrolyzovaný škrob se podrobuje ultrafiltraci. V tomto stupni se nechá reakční směs projít ultrafiltrační membránou shora uvedeného typu, přičemž se jako permeát získává proud produktu s vysokým obsahem glukózy (nebo maltózy).In addition, the residence time for the feedstock to be in contact with the immobilized enzyme is correlated with the hourly space velocity of the liquid phase fed into the system to achieve a conversion of the liquid starch to glucose within the desired range. After passing through the immobilized enzyme, the effluent is collected and the partially hydrolyzed starch is subjected to ultrafiltration. In this step, the reaction mixture is passed through an ultrafiltration membrane of the type mentioned above, obtaining a product stream with a high glucose (or maltose) content as the permeate.

Produkty, které membránou neprojdou, se recyklují. Část recyklovaného proudu se může mísit s proudem odcházejícím ze zpracování enzymem, zatímco další část recyklovaného proudu se může mísit s proudem násady vstupující do zóny obsahující imobilizovaný enzym. Je-li to žádoucí, může se ještě třetí část recyklovat zpět do zóny, ve které se surovina předběžně zpracovává alfa-amylázou.Products that do not pass through the membrane are recycled. A portion of the recycled stream may be mixed with the stream leaving the enzyme treatment, while another portion of the recycled stream may be mixed with the feed stream entering the zone containing the immobilized enzyme. If desired, a third portion may be recycled back to the zone where the feedstock is pretreated with alpha-amylase.

Způsob podle vynálezu se může rovněž provádět kontinuálně. Když se pracuje tímto -způsobem, uvádí se násada, obsahující zpracovaný ztekucený škrob, kontinuálně do reakční nádoby, jako například kolony obsahující požadovaný imobilizovaný enzym, přičemž se kolona udržuje za vhodných provozních podmínek teploty a tlaku. Po průchodu přes enzym, který probíhá předem určenou hodinovou prostorovou rychlostí, jež je dostatečně vysoká, aby došlo pouze k částečné hydrolýze násady za současné nízké tvorby nebo bez tvorby reverzních produktů, jako je izomaltóza, se proud reakční směsi kontinuálně odtahuje a přivádí do ultrafiltračního zařízení obsahujícího membránu shora uvedeného typu.The process of the invention can also be carried out continuously. When operating in this manner, a feed containing the processed liquefied starch is continuously fed into a reaction vessel, such as a column containing the desired immobilized enzyme, the column being maintained under suitable operating conditions of temperature and pressure. After passing through the enzyme, which proceeds at a predetermined hourly space velocity which is sufficiently high to cause only partial hydrolysis of the feed with little or no formation of reverse products such as isomaltose, the reaction mixture stream is continuously withdrawn and fed to an ultrafiltration device containing a membrane of the type mentioned above.

Po průchodu tímto zařízením, které se rovněž udržuje za vhodných provozních podmínek teploty a tlaku, se jako produkt získává permeát obsahující sirup s vysokým obsahem glukózy nebo maltózy (tj. nad 90 procent). Zachycená látka (retentát), obsahující nezhydrolyzované oligosacharidy, jako například sacharidy se stupněm polymerace (DPJ DPz, DPe, DP9+ se rovněž jímá.After passing through this device, which is also maintained under suitable operating conditions of temperature and pressure, the permeate containing a syrup with a high glucose or maltose content (i.e. above 90 percent) is obtained as a product. The retentate, containing unhydrolyzed oligosaccharides, such as saccharides with a degree of polymerization (DPJ DPz, DPe, DP9 +, is also collected.

Část tohoto produktu se recykluje nazpět, do, kolony obsahující imobilizovaný enzym, kde se jí znovu používá jako části .násady, další část se mísí s proudem odcházejícím ze stupně zpracování imobilizovaným enzymem, a je-li to žádoucí, ještě další část se vede do předběžného, stupně zpracování alfa-amylázou.A portion of this product is recycled back to the immobilized enzyme column where it is reused as feedstock, another portion is mixed with the effluent from the immobilized enzyme treatment stage, and, if desired, still another portion is fed to the alpha-amylase pretreatment stage.

Místo každé ze shora uvedených membránových separací se může použít též separace pomocí adsorbentů. Jeden z vhodných adsorbentů je popsán v britském patentu č. 1 585 369 a obsahuje zeolity X nebo Y obsahující jeden nebo více zvolených kationtů na místech vyměnitelných kationtů. Přednostním adsorbentem vykazujícím selektivitu vůči glukóze, v případě její směsi s disacharidy, vyššími oligosacharidy a polysacharidy, je draselná forma zeolitu X.Instead of any of the above membrane separations, separation by means of adsorbents may also be used. One suitable adsorbent is described in British Patent No. 1,585,369 and comprises zeolites X or Y containing one or more selected cations at the exchangeable cation sites. A preferred adsorbent exhibiting selectivity for glucose, in the case of its mixture with disaccharides, higher oligosaccharides and polysaccharides, is the potassium form of zeolite X.

Následujících jedenáct příkladů slouží pro bližší objasnění vynálezu. Příklady mají výhradně ilustrativní charakter a rozsah vynálezu v žádném směru neomezují. Percentuální údaje v příkladech jsou míněny hmotnostně, podobně jako v předcházejícím popisu, pokud není uvedeno jinak.The following eleven examples serve to further illustrate the invention. The examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the invention in any way. Percentages in the examples are by weight, as in the preceding description, unless otherwise stated.

Příklad IExample I

Škrobová násada se zpracuje alfa-amylázou, aby se její dextrázový ekvivalent nastavil na 15 DE. V tomto případě byl enzym imobilizován a obsahoval amylglukosidázu nanesenou na pevném nosiči z oxidu hlinitého. Zpracovaná škrobová násada se vede kolonou obsahující 40 cm3 imobilizovanéhoThe starch feed is treated with alpha-amylase to adjust its dextrose equivalent to 15 DE. In this case, the enzyme was immobilized and contained amylglucosidase supported on a solid alumina support. The treated starch feed is passed through a column containing 40 cm 3 of immobilized

24952S enzymu. Použitá zpracovaná škrobová násada obsahuje 0,1 % bonzoátu, SO ppm omadinu sodného a má pH 4,2. Škrob se zpracovává pri teplotě 45 JC a za tlaku vyššího než je tlak atmosférický prostorovou hodinovou rychlostí kapalné fáze 3,21 h S Proud vynp.,+ ?Pe DP7 DPe dps24952S enzyme. The processed starch feed used contains 0.1% benzoate, SO ppm sodium omadine and has a pH of 4.2. The starch is processed at a temperature of 45 J C and a pressure higher than atmospheric pressure with a liquid phase space hourly velocity of 3.21 h S Current off,+ ?Pe DP7 DPe dps

19.1 0.2 0,1 —19.1 0.2 0.1 —

Produkt získaný z této kolony (200 mlj se pak vede pres membránu z acetátu celulózy. Z původních 200 ml se získá jako permeát 130,7 ml produtku. Anyláza permeátu prošlého membránou při teplotě 22 °C a za tlaku 0,02 MPa poskytuje toto složení:The product obtained from this column (200 ml) is then passed through a cellulose acetate membrane. From the original 200 ml, 130.7 ml of product is obtained as permeate. Analysis of the permeate passed through the membrane at a temperature of 22 °C and a pressure of 0.02 MPa gives the following composition:

94.2 % glukózy,94.2% glucose,

3.6 % maltózy a pouze3.6% maltose and only

1.7 % oligosacharidů majících hodnotu1.7% oligosaccharides having a value

DP„ + .DP„ + .

Látka neprošlá mebránou z acetátu celulózy (retentátj se může recyklovat a používá se jí jako části násadv, která se uvádí do zóny obsahující imobilizovaný enzvm amvlogiukosidázu nanesenou na upraveném nosiči z oxidu hlinitého.The material not passed through the cellulose acetate membrane (retentate) can be recycled and used as part of the feed, which is introduced into a zone containing the immobilized enzyme amyloglucosidase supported on a modified alumina support.

P ř í k 1 ad IIExample II

Postupujeme způsobem popsaným v příkladu I. Upravený ztekucenv škrob tvořící násadu, se opět vede přes sloupec mobilizované amvloglukosidázv za podobných podmínek. jako v příkladu I. Proud vvcházeiíci z kolony. obsahující 77,2 % glukózy. menší množs+ví mnltózv. DP3, DP7, DPs a značné množství DP + oligosacharidů se vede přes membránu z polvstyrensulfonátu prodávanou pod obchodním označením Amicon UM2. Membrána projde celkem 122.8 ml permeátn. Analýzou kapalinovou chromatografii se zustí že permeát obsahuje 97.6 °/o glukóz’'. 2.3 % maltózy a jen 0.1 % oligosacharidů DP-x.We proceed as described in Example I. The modified liquefied starch forming the feed is again passed through a column of mobilized amyloglucosidase under similar conditions as in Example I. The column effluent containing 77.2% glucose, a smaller amount of maltose, DP3, DP7, DPs and a significant amount of DP + oligosaccharides is passed through a polystyrene sulfonate membrane sold under the trade name Amicon UM2. A total of 122.8 ml of permeate passes through the membrane. Liquid chromatography analysis shows that the permeate contains 97.6% glucose, 2.3% maltose and only 0.1% DP-x oligosaccharides.

Když se shora uvedený pokus opakuje za HPLC analýza: (plocha %)When the above experiment is repeated under HPLC analysis: (area %)

DP9+ DPs DP7 DPfi DPsDP 9+ DPs DP7 DPfi DPs

36,9 0.9 0,3 0,3 0,136.9 0.9 0.3 0.3 0.1

Proud z této kolony v množství 100 ml se vede přes membránu z acetátu celulózy, přičemž v membránovém filtru se udržuje teplota 22 °C a tlak 0,62 MPa. Analýza permeátu kapalinovou chromatografii ukazuje přítomnost 79.0 % maltózy, 16,3 % produktu DP3 a 2,4 % oligosacharidů DP9+.A 100 ml stream from this column is passed through a cellulose acetate membrane, while the temperature in the membrane filter is maintained at 22 °C and the pressure at 0.62 MPa. Liquid chromatography analysis of the permeate shows the presence of 79.0% maltose, 16.3% DP3 product and 2.4% DP 9+ oligosaccharides.

Když se shora uvedený pokus opakuje za použití ultrafiltrační membrány prodávané pod označením Amicon UM2, získá se permeát obsahující 90,1 % maltózy, 9,7 % olicházející z kolony se analyzuje kapalinovou chromatografii. Analýza poskytuje následující percentuální složení, kde DP znamená stupeň polymerace (například DPz znamená oli osacharid obsahující 7 monomerních jednotek glukózy.When the above experiment is repeated using an ultrafiltration membrane sold under the name Amicon UM2, a permeate containing 90.1% maltose is obtained, 9.7% of which is eluted from the column and analyzed by liquid chromatography. The analysis gives the following percentage composition, where DP stands for the degree of polymerization (for example, DPz stands for an oligosaccharide containing 7 monomeric glucose units.

DPd DPs DPz Glukóza — 0,3 3,1 77,2 použití membrány z acetátu celulózy obchodního označení Nucleipore s produktu z kolony obsahující imobilizovanou amyloglukosidázu, se přes tuto membránu vede při teplotě 22 :C a za tlaku 0,62 MPa, získá se permeát obsahující 97,5 % glukózy, 2,3 maltózy a 0.2 % oligosach midů DP9+.DPd DPs DPz Glucose — 0.3 3.1 77.2 using a cellulose acetate membrane with the trade name Nucleipore with the product from the column containing immobilized amyloglucosidase, is passed through this membrane at a temperature of 22 : C and a pressure of 0.62 MPa, a permeate containing 97.5% glucose, 2.3% maltose and 0.2% oligosaccharides DP 9+ is obtained.

Retentát, který neprošel membránou z acetátu celulózy se může zachycovat a recyklovat. Část retentétu se mísí s produktem vycházejícím ze stupně zpracování násady imobilizovaným enzymem a zbývající část se recykluje jako část násady vstupující do zóny, ve které probíhá zpracování imobilizovaným enzymem.The retentate that has not passed through the cellulose acetate membrane can be collected and recycled. A portion of the retentate is mixed with the product from the immobilized enzyme treatment stage and the remaining portion is recycled as part of the feed entering the immobilized enzyme treatment zone.

Příklad lil Tento příklad ilustruje schopnost způsobu -mdle wnálezu Doskvtovat produkt s vysokou koncentrací maltózy. Ztekucená škrobová násada, která byla podrobena předběžnému zpracování alfa-amylázou za účelem nastavení dextrózového ekvivalentu za požadovanou úroveň, se vede kolonou obsahující 100- cm3 beta-amylázy imobillzované na pevné matrici podobné, jako je matrice použitá v příkladu I. Násada o pH 5,0 obsahuje 0 1 molu acetátu a 0,2 molu benzoátu, které slouží iako tlumiče. Násada se vede ořeš enzvm při teplotě 55 °C za tlaku vyššího než je tlak atmosférický hodinovou prostorovou rychlostí kapalné fáze 5 h1. Produkt prošlý touto kolonou se analyzuje kapalinovou chromatografii, přičemž se získají tyto výsledky:Example 11 This example illustrates the ability of the process of the invention to produce a product with a high maltose concentration. A liquefied starch feed, which has been pretreated with alpha-amylase to adjust the dextrose equivalent to the desired level, is passed through a column containing 100 cm3 of beta-amylase immobilized on a solid matrix similar to that used in Example 1. The feed at pH 5.0 contains 0.1 moles of acetate and 0.2 moles of benzoate, which serve as buffers. The feed is passed through the enzyme at a temperature of 55°C under a pressure greater than atmospheric pressure with a liquid phase hourly space velocity of 5 h- 1 . The product passed through the column is analyzed by liquid chromatography, the following results being obtained:

np.i DPs DP? glukózanp.i DPs DP? glucose

0,5 11,1 50,2 0,5 gosacharidu DP3 a pouze 0,2 % oligosacharidu. DP9+.0.5 11.1 50.2 0.5 gosaccharide DP3 and only 0.2% oligosaccharide. DP 9+ .

Retentát, který se získá při separaci ultrafiltrační membránou, popsané v předcházejícím odstavci, se může recyklovat. Jeho část se může mísit s proudem odcházejícím ze stupně zpracování imobilizovanou beta-amylázou a další část se může mísit s násadou tvořenou ztekuceným škrobem před jejím uváděním do styku s imobilizovaným enzymem.The retentate obtained from the ultrafiltration membrane separation described in the previous paragraph can be recycled. Part of it can be mixed with the effluent from the immobilized beta-amylase treatment stage and another part can be mixed with the liquefied starch feed before it is brought into contact with the immobilized enzyme.

Příklad IVExample IV

V tomto příkladu se ztekucená škrobová násada, která je popřípadě předem zpracována alfa-amylázou za účelem nastavení dextrozového ekvivalentu škrobu na předem určenou úroveň, se vede přes sloupec imobilizované amyloglukosidázy při teplotě 45 stupňů Celsia a za tlaku vyššího než je tlak atmosférický. Reakční směs se ponechá předem určenou dobu ve styku s mobilizovaným enzymem tak, aby se dosáhlo konverze na glukózu asi 75 % a ipak se proud z kolony odvádí do ultrafiltračního zařízení obsahujícího membránu z polyakroleinu. Filtrace membránou se provádí za teploty okolí a tlaku asi 172 kPa. Permeát se zachycuje, zatímco retentát se recykluje a mísí s proudem vstupujícím do membránového filtru.In this example, a liquefied starch feed, optionally pretreated with alpha-amylase to adjust the dextrose equivalent of the starch to a predetermined level, is passed through a column of immobilized amyloglucosidase at a temperature of 45 degrees Celsius and a pressure greater than atmospheric pressure. The reaction mixture is left in contact with the immobilized enzyme for a predetermined time to achieve a conversion to glucose of about 75%, and the column stream is then passed to an ultrafiltration device containing a polyacrolein membrane. Membrane filtration is performed at ambient temperature and a pressure of about 172 kPa. The permeate is collected while the retentate is recycled and mixed with the stream entering the membrane filter.

Podobným způsobem se může ztekucená škrobová násada, vykazující dextrózový ekvivalent asi 15, vést přes mobilizovaný enzym obsahující beta-amylázu nanesenou na upraveném nosiči z oxidu hlinitého za reakčních podmínek zahrnujících teplotu asi 50 °C a tlak vyšší než tlak atmosférický. Reakční směs se vede přes enzym předem určenou hodinovou prostorovou rychlostí při době setrvání postačující pro dosažení stupně konverze škrobu na glukózu asi 75 procent. Z hydrolyzační zóny se odtahuje kontinuálně proud produktu, který se vede do membránového filtru obsahujícího membránu z polyethylenimindialdehydu. Filtrace přes membránu se provádí při teplotě asi 25 °C a za tlaku asi 687 kPa. Permeát obsahující více než 90 % glukózy se zachycuje, zatímco- retentát se recykluje.In a similar manner, a liquefied starch feedstock having a dextrose equivalent of about 15 can be passed over a mobilized enzyme comprising beta-amylase supported on a modified alumina support under reaction conditions comprising a temperature of about 50°C and a pressure greater than atmospheric pressure. The reaction mixture is passed over the enzyme at a predetermined hourly space velocity for a residence time sufficient to achieve a degree of starch to glucose conversion of about 75 percent. A continuous product stream is withdrawn from the hydrolysis zone and passed to a membrane filter comprising a polyethyleneimine dialdehyde membrane. Membrane filtration is carried out at a temperature of about 25°C and a pressure of about 687 kPa. The permeate containing more than 90% glucose is collected while the retentate is recycled.

Jedna část retentátu se mísí s proudem odcházejícím ze zóny pro zpracování enzymem, druhá část se recykluje a mísí se ztekucenou škrobovou násadou uváděnou do zóny s mobilizovaným enzymem a třetí část se recykluje do zóny předběžného zpracování, ve které Se škrobová násada uvádí do styku s alfa-amylázou, sloužící pro zvýšení dextrozového- ekvivalentu škrobu na předem určenou úroveň.One portion of the retentate is mixed with the stream leaving the enzyme treatment zone, a second portion is recycled and mixed with the liquefied starch feed introduced into the mobilized enzyme zone, and a third portion is recycled to the pretreatment zone, in which the starch feed is contacted with alpha-amylase, serving to increase the dextrose-equivalent of the starch to a predetermined level.

Proud, který se kontinuálně odvádí ze zpracování s imobilizovným enzymem, se může rovněž vést přes ultrafiltrační membránu z chitosandialdehydu za reakčních podmínek zahrnujících teplotu asi 22 °C a tlak asi 687 kPa. Permeát obsahuje hlavní podíl glukózy a izoluje se, zatímco retentát se recykluje tak, že se mísí s proudem odcházejícím ze zóny pro zpracování mobilizovaným enzymem.The stream continuously withdrawn from the immobilized enzyme treatment can also be passed through a chitosan dialdehyde ultrafiltration membrane under reaction conditions comprising a temperature of about 22°C and a pressure of about 687 kPa. The permeate contains a major portion of glucose and is isolated, while the retentate is recycled by mixing with the stream leaving the immobilized enzyme treatment zone.

Následujících sedm příkladů má pro vynález pouze ilustrativní význam, v žádném směru však pro něj nepředstavuje omezení.The following seven examples are illustrative of the invention and are not intended to be limiting in any way.

Jako naštěpeného ztekuceného škrobu, který slouží jako výchozí surovina, se použije produktu Maltrin-150, který má následující typické složení:The product Maltrin-150 is used as the digested liquefied starch that serves as the starting material, and has the following typical composition:

% glukózy, % DP2, % DP3, % DP4, % DPs, «/o DPe, % DP7 a % DPa a vyšších polysacharidů.% glucose, % DP2, % DP3, % DP4, % DPs, «/o DPe, % DP7 and % DPa and higher polysaccharides.

Aktivita glukoamylázy se určí takto:Glucoamylase activity is determined as follows:

Ke 4 ml škrobového roztoku obsahujícího 30 % sušiny se -přidá 25 μΐ roztoku enzymu a směs se 30 minut inkubuje při 60 °C. Hydrolýza se přeruší přídavkem 1 ml 0,2N hydroxidu sodného a směs se ochladí. Pomocí analyzátoru glukózy se stanoví množství vytvořené glukózy. Počet gramů glukózy vyrobené za hodinu představuje aktivitu AG vyjádřenou v Milesových jednotkách.To 4 ml of starch solution containing 30% dry matter, 25 μΐ of enzyme solution is added and the mixture is incubated for 30 minutes at 60 °C. The hydrolysis is stopped by adding 1 ml of 0.2N sodium hydroxide and the mixture is cooled. The amount of glucose produced is determined using a glucose analyser. The number of grams of glucose produced per hour represents the AG activity expressed in Miles units.

Příklad VExample V

Roztoky AG (77 jednoték/litr) o pH 4,2 v glukózových roztocích o různém obsahu sušiny se udržují při 60 °C. z roztoků se periodicky odebírají alikvotní vzorky, ve kterých se určuje aktivita AG. Poločas životnosti enzymu při obsahu sušiny 30; 44 a 55 % je 4,8; 12,3 a 21,9 dne. Stabilita enzymu měřená poločasem životnosti při 60 °C se v řadě obsahů sušiny od 30 do 55 % zvýší 4,5krát.AG solutions (77 units/liter) at pH 4.2 in glucose solutions of various dry matter contents are maintained at 60 °C. Aliquots are periodically taken from the solutions and AG activity is determined. The half-life of the enzyme at dry matter contents of 30; 44 and 55% is 4.8; 12.3 and 21.9 days, respectively. The stability of the enzyme, measured by the half-life at 60 °C, increases 4.5-fold over a range of dry matter contents from 30 to 55%.

Příklad VIExample VI

Násada škrobu Maltrin 150 s různým obsahem sušiny (suš.) o pH 4,2 obsahující 77 jednotek/litr AG se hydrolyzuje při 60 °C. V průběhu času se sleduje koncentrace glukózy měřená vysokotlakou kapalinovou chromatografii (HPLC). Výsledky jsou souhrnně uvedeny v následující tabulce:A batch of Maltrin 150 starch with varying dry matter (ds) content at pH 4.2 containing 77 units/litre AG is hydrolysed at 60°C. The glucose concentration is monitored over time, measured by high-performance liquid chromatography (HPLC). The results are summarised in the following table:

Tabulka 1Table 1

Závislost koncentrace glukózy na době hydrolýzyDependence of glucose concentration on hydrolysis time

Doba Koncentrace glukózy v g/1Time Glucose concentration in g/1

(h) (h) Suš. 30% Dry 30% Suš. 44% Dry 44% Suš. 55% Dry 55% 5 5 260 260 290 290 305 305 10 10 320 320 405 405 425 425 20 20 330 330 500 500 540 540 40 40 340 340 525 525 600 600 80 80 340 340 525 525 600 600

Výsledky jasně ukazují, že rychlost tvorby glukózy stoupá se stoupajícím obsahem sušiny v násadě.The results clearly show that the rate of glucose formation increases with increasing dry matter content in the crop.

Příklad Example V I I V I I Násada The approach Maltrinu-150 0 obsahu sušiny 30 Maltrinu-150 0 dry matter content 30 procent a pH 4,2, obsahující 77 jednotek AG percent and pH 4.2, containing 77 units of AG v litru se hydrolyzuje při 6 0°C. Produkt se per liter is hydrolyzed at 6 0°C. The product is analyzuje analyzes na glukózu, celkový for glucose, total obsah disa- content disa- charidů (DP2) a isomaltózu. charides (DP2) and isomaltose. Výsledky ze Results from dvou různých pokusů two different attempts s různou AG jsou sou- with different AG are compo- hrnně uvedeny v následující tabulce: summarized in the following table: Tabulka 2 Table 2 Produkce glukózy, disacharidů Production of glucose, disaccharides a izomaltózy and isomaltose Pokus č. 1 Attempt No. 1 Doba Time Obsah (% hmotnostní) Content (% by weight) (h) (h) glukóza glucose disacha- breath- izomal- isomal- ridy rids tóza tose 2 2 28 28 8,5 8.5 0 0 4 4 58 58 9,0 9.0 0,6 0.6 6 6 72 72 4,5 4.5 0,9 0.9 8 8 88 88 4,0 4.0 0,9 0.9 10 10 90 90 4,5 4.5 1,3 1.3 12 12 92 92 4,8 4.8 1,3 1.3 20 20 94 94 5,8 5.8 2,2 2.2 30 30 94 94 7,0 7.0 3,4 3.4 Pokus č. 2 Attempt No. 2 Doba Time Obsah Contents (% hmotnostní) (% by weight) (h) (h) glukóza glucose disacha- breath- izomal- isomal- ridy rids tóza tosis 1,8 1.8 45,1 45.1 17,3 17.3 0 0 4,7 4.7 69,0 69.0 10,8 10.8 0 0 5,6 5.6 74,4 74.4 7,5 7.5 0 0 7,5 7.5 80,9 80.9 4,5 4.5 0 0 13,0 13.0 91,1 91.1 3,2 3.2 0,0 0.0 20,0 20.0 93,5 93.5 3,4 3.4 0,8 0.8 48,0 48.0 94,8 94.8 4,1 4.1 1,6 1.6

Z výsledků je zřejmé, že produkt obsahující 90 % glukózy se získá za asi polovinu a produkt obsahující asi 92 % glukózy za asi 60 % celkové doby potřebné pro získání produktu obsahujícího 94 % glukózy.It is clear from the results that a product containing 90% glucose is obtained in about half and a product containing about 92% glucose in about 60% of the total time required to obtain a product containing 94% glucose.

Výsledky rovněž jasně ukazují akumulaci izomaltózy v průběhu pozdějších stadií konverze.The results also clearly show the accumulation of isomaltose during the later stages of conversion.

Příklad VIIIExample VIII

Tento příklad obsahuje porovnání výsledků získaných v reaktoru s jedním průchodem reakční směsi (tj. při konvenčním provozu), při kterém se naštěpený ztekucený škrob hydrolyzuje až do dosažení obsahu glukózy 94 °/o nebo více, s výsledky dosaženými v systému s uzavřenou technologickou smyčkou, kde se produkt ze zcukřovací zóny uvádí do ultrafiltrace přes membránu, glukózou obohacený produkt se odtahuje a o glukózu ochuzený produkt se recykluje na vstup do reaktoru. Hydrolýza se provádí vždy při 60 °C při pH 4,5 až 5,5.This example compares the results obtained in a single-pass reactor (i.e. conventional operation) in which the digested liquefied starch is hydrolyzed to a glucose content of 94% or more, with the results obtained in a closed-loop system in which the product from the saccharification zone is fed to membrane ultrafiltration, the glucose-enriched product is withdrawn, and the glucose-depleted product is recycled to the reactor inlet. The hydrolysis is always carried out at 60°C at a pH of 4.5 to 5.5.

Pokus A představuje pokus v konvenčním reaktoru s jedním průchodem reakční směsi, pokusy B a G jsou pokusy se systémem zahrnujícím uzavřenou technologickou smyčku.Experiment A represents an experiment in a conventional reactor with a single pass of the reaction mixture, experiments B and G are experiments with a system comprising a closed technological loop.

V systému B se používá membrány z acetátu celulózy vykazující odřez molekulové hmotnosti od 10 000, která pracuje při teplotě 60 °C a tlaku 1,03 MPa a v systému C se používá polyelektrolytové membrány s odřezem molekulové hmotnosti . 500, která pracuje při 60 °C a 2,06 MPa.System B uses a cellulose acetate membrane with a molecular weight cutoff of 10,000, operating at 60°C and 1.03 MPa, and system C uses a polyelectrolyte membrane with a molecular weight cutoff of .500, operating at 60°C and 2.06 MPa.

Obě membrány jsou vyrobeny firmou Amicon a dodávají se pod označením YM 10 a UM 05. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 3, kde DPi znamená celkový obsah monosacharidů, což je prakticky výhradně glukóza, DPs znamená disacharidy, DP4+ znamená polysacharidy se 4 nebo více jednotkami a Suš. znamená obsah sušiny. Analytická data vztahující se ke složení proudu odcházejícího z reaktoru proudu produktu a recyklovaného proudu v pokusech B a C jsou rovnovážná data.Both membranes are manufactured by Amicon and are available under the designations YM 10 and UM 05. The results are shown in Table 3, where DPi represents the total monosaccharide content, which is practically exclusively glucose, DPs represents disaccharides, DP 4+ represents polysaccharides with 4 or more units and Dry. represents the dry matter content. The analytical data relating to the composition of the reactor effluent, product stream and recycle stream in runs B and C are equilibrium data.

T a b u 1 k a 3T a b l e 1 a n d 3

Porovnání provozu s jedním průchodem reakční směsi s provozem systému s uzavřenou technologickou smyčkouComparison of single-pass operation with closed-loop system operation

Pokus BExperiment B

Pokus CExperiment C

Pokus AExperiment A

Dávka enzymu (AGj Enzyme dose (AGj 77,0 77.0 34,0 34.0 58,0 58.0 (jednotek/1 j doba setrvání (h) (units/1 j residence time (h) 48,0 48.0 14,0 14.0 20,0 20.0 Složení násady (°/o) Handle composition (%/o) Suš. Dry. 30,0 30.0 26,1 26.1 24,7 24.7 DPI DPI 1,0 1.0 1,2 1.2 1,6 1.6 DP2 DP2 4,5 4.5 4,3 4.3 3,9 3.9 DP.,+ DP., + 87,5 87.5 87,8 87.8 88,3 88.3 Složení proudu odcházejícího z reaktoru Composition of the stream leaving the reactor Suš. Dry. 33,0 33.0 27,0 27.0 30,4 30.4 DPt DPt 95,7 95.7 90,5 90.5 83,4 83.4 DP2 DP2 4,1 4.1 2,9 2.9 4,4 4.4 DPt-i DPt-i 0,2 0.2 6,3 6.3 11,6 11.6 Proud produktu Product flow Suš. Dry. 26,1 26.1 24.7 24.7 DPI DPI 93,6 93.6 98.0 98.0 DP2 DP2 3,1 3.1 2,0 2.0 DP,+ DP,+ 2,9 2.9 0,0 0.0 Recyklovaný proud Recycled electricity Suš. Dry. 27,4 27.4 34.2 34.2 DPi DPi 89,9 89.9 82,5 82.5 DP? DP? 3,5 3.5 3,8 3.8 DP,+ DP, + 6 3 6 3 13,1 13.1

Příklad IXExample IX

Z experimentálních dat byl vyvinut kinetický model, který nejen blízce reprodukoval existující experimentální data, ale bylo ho možno poměrně spolehlivě použít i pro předpovídání průběhu, jako proměnné hodnoty (experimentální parametry) byly v modelu použity tyto faktory: složení násady (ztekucený naštěpený škrob), dávkování enzymu, doba setrvání v reaktoru, typ membrány a provozní podmínky. Jako výstupy byly získány koncentrace glukózy a izomaltózy v proudu produktu. Násada ztekuceného naštěpeného škrobu obsahovala 30,6 procent hmoit. sušiny s obsahem:A kinetic model was developed from the experimental data, which not only closely reproduced the existing experimental data, but could also be used relatively reliably to predict the course, the following factors were used as variables (experimental parameters) in the model: composition of the feed (liquefied digested starch), enzyme dosage, residence time in the reactor, membrane type and operating conditions. The glucose and isomaltose concentrations in the product stream were obtained as outputs. The liquefied digested starch feed contained 30.6 percent by mass. dry matter with a content of:

1,2 % DPI,1.2% DPI,

4.8 % DP2 a4.8% DP2 and

87,0 % DP4 + .87.0% DP 4 + .

V pokusu A bylo použito reaktoru s jedním průchodem reakční směsi. V pokusech P a C bylo použito systémů s uzavřenou technologickou smyčkou (recyklováním) za použití polyelektrolytové membrány popsané v předcházejícím příkladu. Proud ochuzený o glukózu byl recyklován do horní části reaktoru. Složení proudu odcházejícího z reaktoru a proudu produktu představují rovnovážné hodnoty.In experiment A, a single-pass reactor was used. In experiments P and C, closed loop (recycle) systems were used using the polyelectrolyte membrane described in the previous example. The glucose-depleted stream was recycled to the top of the reactor. The compositions of the reactor effluent and product streams represent equilibrium values.

Tabulka 4Table 4

Akumulace izomaltózyIsomaltose accumulation

Pokus AExperiment A

Pokus B Pokus CExperiment B Experiment C

Koncentrace AG (jednotek/1) 77,0 doba setrvání (h) 48,0AG concentration (units/l) 77.0 residence time (h) 48.0

Proud odcházející z reaktoru:Current leaving the reactor:

obsah glukózy (%) 95,7 obsah izomaltózy 1,68glucose content (%) 95.7 isomaltose content 1.68

Proud produktu:Product flow:

obsah glukózy (%) obsah izomaltózy (%)glucose content (%) isomaltose content (%)

9,0 9.0 18.0 18.0 10,0 10.0 10,0 10.0 74,0 74.0 87,3 87.3 0,7 0.7 1,85 1.85 95,5 95.5 97,2 97.2 0,34 0.34 0,73 0.73

Uvedená data jasně ukazují, že systém s uzavřenou smyčkou, tj. s recyklováním poskytuje glukózu ve stejně vysoké koncentraci jako postup prováděný v konvenčním reaktoru s jedním průchodem směsi, přičemž však se v systému s recyklováním může podstatně snížit dávkování enzymu a produkt obsahuje Ϋ4 obsahu izomaltózy.The data clearly show that the closed loop, i.e., recycle system provides glucose at the same high concentration as the process performed in a conventional single-pass reactor, however, in the recycle system the enzyme dosage can be significantly reduced and the product contains Ϋ4 of the isomaltose content.

Pokus C ukazuje, že obsah glukózy v produktu je možno zvýšit až nad 97 % (za použití Ϋ4 koncentrace enzymu} a stále ještě je obsah izomaltózy v produktu méně než poloviční ve srovnání s jejím obsahem v produktu získaném konvenčním způsobem.Experiment C shows that the glucose content in the product can be increased to over 97% (using Ϋ4 enzyme concentration) and still the isomaltose content in the product is less than half that in the product obtained by the conventional method.

Příklad XExample X

V tomto příkladu se shora uvedeného kinetického modelu použije pro určení vlivu umístění recyklu na obsah glukózy a izomaltózy v proudu produktu a v proudu odcházejícím z reaktoru za ustálených podmínek. Data jsou souhrnně uvedena v tabulce 5. „Objem reaktor“ znamená percentuální podíl objemu reaktoru, který předchází vstupu recyklu; „0“ představuje vrchní část reaktoru, „100“ znamená spodek reaktoru. Násada ztekuceného naštěpeného škrobu má stejné složení jako v předcházejícím příkladu, reakčni doba je 10 h a použije se polyelektrolytové membrány z příkladu 4 pracující za tamtéž uvedených podmínek.In this example, the kinetic model described above is used to determine the effect of recycle location on the glucose and isomaltose content of the product stream and the reactor effluent stream under steady state conditions. The data are summarized in Table 5. “Reactor volume” is the percentage of the reactor volume that precedes the recycle inlet; “0” represents the top of the reactor, “100” represents the bottom of the reactor. The liquefied digested starch feed has the same composition as in the previous example, the reaction time is 10 h, and the polyelectrolyte membranes from Example 4 are used, operating under the same conditions.

Tabulka 5Table 5

Vliv umístění vstupu recyklu na složení produktuThe influence of the location of the recycling input on the product composition

30 5030 50

9090

Koncentrace AG: 18 μ/\AG concentration: 18 μ/\

Proud odcházející z reaktoruCurrent leaving the reactor

glukóza glucose 87,4 87.4 88,0 88.0 87,0 87.0 85,0 85.0 73,0 73.0 57,0 57.0 izomaltóza isomaltose 1,85 1.85 1,8 1.8 1,7 1.7 1,3 1.3 0,6 0.6 0,25 0.25 Produkt Product glukóza glucose 97,2 97.2 97,2 97.2 97,2 97.2 96,9 96.9 96,9 96.9 90,7 90.7 izomaltóza isomaltose 0,73 0.73 0,71 0.71 0,66 0.66 0,55 0.55 0,27 0.27 0,13 0.13 Koncentrace AG: 77 μ/1 AG concentration: 77 μ/1 Proud odcházející z reaktoru Current leaving the reactor glukóza glucose 91,5 91.5 91,5 91.5 91,5 91.5 91,5 91.5 92,3 92.3 91,0 91.0 izomaltóza isomaltose 4,75 4.75 4,8 4.8 4,7 4.7 4,4 4.4 3,35 3.35 2,5 2.5 Produkt ‘ Product ‘ glukóza glucose 96,9 96.9 96,9 96.9 96.9 96.9 97,0 97.0 97,3 97.3 97,4 97.4 izomaltóza isomaltose 1,73 1.73 1,74 1.74 1,70 1.70 1,59 1.59 1,22 1.22 0,93 0.93

Výsledky uvedené v tabulce obrážejí skutečnost, že při vysoké koncentraci AG je složení produktu poměrně málo citlivé na umístění vstupu recyklovaného proudu a při nižší koncentraci enzymu není zřejmá žádná podstatná změna ve složení produktu, v případě, že je vstup recyklu umístěn v rozmezí od 0 do 90 % objemu reaktoru. Celkový závěr je, že umístění recyklu je volitelnou proměnnou závislou na jiných provozních parametrech, jako je koncentrace enzymu, doba setrvání, použitý způsob separace, požadované složení produktu, atd.The results presented in the table reflect the fact that at high AG concentration the product composition is relatively insensitive to the location of the recycle inlet and at lower enzyme concentration no significant change in product composition is evident when the recycle inlet is located between 0 and 90% of the reactor volume. The overall conclusion is that the recycle location is an optional variable dependent on other operating parameters such as enzyme concentration, residence time, separation method used, desired product composition, etc.

Příklad XIExample XI

Data poskytnutá kinetickým modelem ukazují výhody plynoucí z použití násady s vysokým obsahem sušiny v systému s uzavřenou smyčkou, tj. s recyklováním, kterých v konvenčním reaktoru s jedním průchodem směsi nelze využít. Násada má složení uvedené v příkladu 5, přičemž se pouze mění obsah sušiny (% hmotnostní}. Reaktor s recyklováním používá polyelektrolytovou membránu z příkladu 4 pracující za podmínek uvedených v příkladu 4.The data provided by the kinetic model show the advantages of using a high solids feed in a closed loop, i.e. recycle, system that cannot be utilized in a conventional single-pass reactor. The feed has the composition shown in Example 5, with only the dry matter content (%wt) varying. The recycle reactor uses the polyelectrolyte membrane from Example 4 operating under the conditions shown in Example 4.

Tabulka 6Table 6

Vliv obsahu sušinyEffect of dry matter content

Reaktor s jedním průchodemSingle-pass reactor

Suš. [ %) Dry. [ %) 30 30 Doba setrvání (h) Residence time (h) 48 48 Koncentrace AG, AG concentration, (jednotek/l) (units/l) 77 77 Produkt, obsah glukózy Product, glucose content (% hmot.) (% by weight) 95,7 95.7 obsah izomaltózy isomaltose content (% hmot.} (% wt.} 1,7 1.7

Reaktor s uzavřenou smyčkou recykluClosed loop recycle reactor

40 40 40 40 71 71 10 10 77 77 18 18 93,6 93.6 95.6 95.6 2,2 2.2 0,7 0.7

V reaktoru s jedním průchodem je doba setrvání nepřijatelně dlouhá a koncentrace izomaltózy nepřijatelně vysoká v případě, že se použije násady o obsahu sušiny 49 %, zatímco při práci v reaktoru s uzavřenou smyčkou recyklu se doba setrvání zkrátí 7X, koncentrace izomaltózy 3X a koncentrace enzymu 4X.In a single-pass reactor, the residence time is unacceptably long and the isomaltose concentration is unacceptably high when using a feed with a dry matter content of 49%, while when operating in a closed loop recycle reactor, the residence time is reduced by 7X, the isomaltose concentration by 3X, and the enzyme concentration by 4X.

Claims (5)

1. Způsob selektivního získávání cukru, kterým je buď glukóza, nebo maltóza, z naštěpeného ztekuceného škrobu, vyznačující se tím, že se násada naštěpeného ztekuceného škrobu hydrolyzuje působením rozpustného nebo mobilizovaného enzymu poskytujícího glukózu nebo maltózu za vzniku proudu odcházejícího z reakční zóny obsahujícího 50 až 92 % hmot. shora uvedeného cukru, tento proud se rozděluje na proud produktu obohacený o cukr obsahující alespoň 90 % hmot. cukru a proud ochuzený o cukr, proud obohacený o cukr se izoluje a proud ochuzený o cukr se recykluje do hydrolyzačního' stupně.A method for selectively obtaining sugar, either glucose or maltose, from cleaved liquefied starch, characterized in that the cleaved liquefied starch feed is hydrolyzed by treatment with a soluble or mobilized glucose-providing or maltose-producing enzyme to produce a stream leaving the reaction zone containing 50 to 50 92 wt. of the aforementioned sugar, said stream being divided into a sugar-enriched product stream containing at least 90% by weight of sugar; and a sugar-depleted stream, the sugar-enriched stream is recovered, and the sugar-depleted stream is recycled to the hydrolysis stage. VYNALEZUVYNALEZU 2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že proud odcházející z reakční zóny obsahuje 70 až 80 % hmot. cukru.2. A process according to claim 1 wherein the stream leaving the reaction zone comprises 70 to 80 wt. of sugar. 3. Způsob podle bodu 1, pro selektivní získávání glukózy vyznačující se tím, že se jako enzymu použije amyloglukosidázy.3. The method of claim 1, wherein the enzyme is amyloglucosidase. 4. Způsob podle bodu 1, pro selektivní získávání maltózy, vyznačující se tím, že se jako enzymu použije beta-amylázy.4. The method of claim 1, wherein the enzyme is beta-amylase. 5. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se separace proudu odcházejícího z reaktoru provádí za použití membrány nebo pevného adsorbentů.5. The process of claim 1, wherein the separation of the reactor effluent is performed using a membrane or solid adsorbents.
CS752984A 1984-10-04 1984-10-04 A method for the selective recovery of sugar, which is either glucose or maltose, from digested liquefied starch CS249526B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS752984A CS249526B2 (en) 1984-10-04 1984-10-04 A method for the selective recovery of sugar, which is either glucose or maltose, from digested liquefied starch

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS752984A CS249526B2 (en) 1984-10-04 1984-10-04 A method for the selective recovery of sugar, which is either glucose or maltose, from digested liquefied starch

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CS249526B2 true CS249526B2 (en) 1987-03-12

Family

ID=5424610

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS752984A CS249526B2 (en) 1984-10-04 1984-10-04 A method for the selective recovery of sugar, which is either glucose or maltose, from digested liquefied starch

Country Status (1)

Country Link
CS (1) CS249526B2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hobbs Sweeteners from starch: production, properties and uses
KR100497749B1 (en) Preparation method of isomalto-oligosaccharide-containing syrup
US6436678B2 (en) High purity maltose process and products
US4613377A (en) Production of fructose syrup
US6346400B1 (en) Process for the preparation of a maltose-rich syrup
US4861381A (en) Process for the enzymatic preparation from sucrose of a mixture of sugars having a high content of isomaltose, and products obtained
US5141859A (en) Manufacturing method of high purity maltose and its reduced product
JP2001525177A (en) Method for producing oligosaccharide syrup, its production system and oligosaccharide
KR19990030164A (en) How to make syrup-rich syrup
RU2631825C2 (en) Method for solid maltitol production from starch
US7670811B2 (en) Process for preparing isomalto-oligosaccharides with elongated chain and low glycemic index
US6126754A (en) Process for the manufacture of a starch hydrolysate with high dextrose content
FI79557B (en) FOERFARANDE FOER ISOMERISERING AV GLUKOS TILL FRUKTOS.
JPH0217158B2 (en)
RU2630666C2 (en) Method for producing maltitol-containing syrup
EP0176621B1 (en) Glucose or maltose from starch
Shiraishi et al. Kinetics of condensation of glucose into maltose and isomaltose in hydrolysis of starch by glucoamylase
SU921470A3 (en) Method of producing immobilized sugar-producing enzime preparation
US6274355B1 (en) Immobilized maltogenic α-amylase and its use in the manufacture of a maltose-rich syrup
CS249526B2 (en) A method for the selective recovery of sugar, which is either glucose or maltose, from digested liquefied starch
US6177265B1 (en) Process for the manufacture of a starch hydrolysate with high content
KR870001932B1 (en) How to selectively generate glucose and maltose from thin starch
CA1237086A (en) Glucose or maltose from starch
US3935070A (en) Production of sweet syrup from dextrose mother liquor
US4206284A (en) Saccharification of glucose raffinate or mother liquors