DE1234174B - Verfahren zur enzymatischen Verzuckerung von Staerke - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Int. CL:

Nummer:

Aktenzeichen:

Anmeldetag:

Auslegetag:

Ausgabetag:

C 12b

Deutsche Kl.: 6b-3/01

C 34768IV a/6 b

29. Dezember 1964

16. Februar 1967

31. August 1967

Patentschrift stimmt mit der Auelegeschrift überein

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für die enzymatische Totalverzuckerung von Stärke, insbesondere betrifft sie wirksame Konvertierungen von Stärke in einem an Feststoffen reichen System zu Dextrose oder Maltose. " . Das allgemeine Ziel ist ein brauchbares Mittel für die Erzielung der hohen Zuckerausbeuten, welche theoretisch durch eine enzymatische Totalhydrolyse der Stärke erreichbar sind. Bekanntlich gibt das übliche Säureverfahren unter Bedingungen größter Wirtschaftlichkeit ein Produkt mit einem Dextrosegehalt von 86 bis 87 °/₀. Innerhalb der letzten wenigen Jahre ist die Dextroseindustrie rasch zu einem gemischten Säure-Enzym-Verfahren übergegangen, welches Dextrose in Ausbeuten von 92 bis 93°/₀ liefert. Dem Anreiz möglicher Ausbeuten von 97 bis 98 °/₀ Dextrose bei einem enzymatischen Verfahren stehen aber die Art und Größe der damit verbundenen Probleme gegenüber.

Das erste Problem ist die Gesamtausbeute, d. h. die Menge an gewinnbarem Hydrolysat im Verhältnis zum Stärkeeinsatz. Für übliche Verfahren ist eine geschätzte Mindestausbeute an Hydrolysat 98%. Dabei sind berücksichtigt native Nichtstärkebestandteile in einer typischen Maisstärke und kleine Verluste an Stärkesubstanz, welche der Hydrolyse entgehen oder widerstehen. Jede niedrigere Ausbeute ist unerjvünscht wegen der Filtrationsschwierigkeit und trüber Filtrate, welche sich bei merklichen Beträgen an unkonvertierter Stärke einstellen. Es ist eine solche Stärke in retrogradierter enzymresistenter Form, welche ein enzymatisches Totalverfahren für die Stärkekonvertierung behindert. Diese Retrogradation ist eine Reaktion, welche während des anfänglichen Verlaufs der Hydrolyse von gelatinierter Stärke bei mäßiger, während der Enzymwirkung vorherrschender Temperatur, stark begünstigt wird. Ihre Verhütung durch Erniedrigen der Stärkekonzentration und durch Erhöhen der Enzymmenge ist unwirtschaftlich.

Die Konzentration der Stärke, die der Hydrolyse unterworfen war, ist mindestens so entscheidend, wie die Ausbeute bei der gesamten Wirtschaftlichkeit eines Zuckerverfahrens. Je verdünnter das System ist, desto größer die Anlage und desto größer die Verdampfungskosten. Während das ältere Säureverfahren bei 9 bis 10⁰Be oder bei einem Wasser-Stärke-Verhältnis von 4: 1 arbeitete, ist das Säure-Enzym-Verfahren wirksam bei 19° Be oder bei einem Wasser-Stärke-Verhältnis von 2:1. Die Ersparnisse an Dampf zusätzlich zu der Ausbeutesteigerung wiegen die Kosten für das zugesetzte Enzym und die längere Verzuckerungszeit mehr als auf. Arbeiten bei höherer Verfahren zur enzymatischen Verzuckerung
von Stärke

Patentiert für:

Corn Products Company,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. A. van der Werth und Dr. F. Lederer,

Patentanwälte,

Hamburg-Harburg, Wilstorfer Str. 32

Als Erfinder benannt:
Alexander Logan Wilson,
Palos Park, JIl. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 31. Dezember 1963
(334 709)

Stärkekonzentration mit ihrer Betonung der Retrogradation wird entscheidend bei der Enzym-Enzym-Konvertierung von Stärke. Ein Ziel der Erfindung ist ein Mittel für die Gesamtverzuckerung der Stärke in einem wäßrigen Brei mit einer Dichte von 16 bis 20⁰Be und höher, wenn eine geeignete Anlage verfügbar ist.

Die bekannte Art der enzymatischen Verzuckerung von Stärke erfordert eine übermäßige Menge des Enzyms. Das Verfahren ist klar unterteilt in die getrennten Stufen des Verflüssigens und Verzuckerns. Die erste wird bei oder über der Gelatinierungstemperatur der Stärke mit einem rein verflüssigenden Enzym ausgeführt, z. B. mit einer Bakterienamylase oder gelegentlich mit einem Malzenzym unter Bedingungen, worunter die Verzuckerungskomponente inaktiviert wird. Die Temperatur wird dann gesenkt, und andere Bedingungen werden geändert für eine verlängerte Behandlung mit einem anderen dextroseerzeugenden Enzym, z. B. Pilzamylase oder mit einem neuen Anteil an Malz, um /3-Amylasewirkung zu entwickeln. Nicht nur ist der gesamte Verbrauch an Enzym hoch infolge der doppelten Zugabe, sondern auch infolge der großen Dosis an benötigtem verflüssigendem Enzym, um der Retrogradation während der Verdünnungsstufe und während des Übergangs

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des Systems zu den niederen Temperaturbedingungen für die Verzuckerung entgegenzuwirken.

Es ist ein besonderes Ziel der Erfindung, die Enzymerfordernisse für das Verflüssigen der Stärke unter solchen Bedingungen zu verringern, daß auch Verzuckerung dabei voranschreiten kann. Die zwei Phasen der Stärkekonvertierung werden somit gleichzeitig durchgeführt, und es ist eine volle und vereinte Ausnutzung der getrennten hydrolytischen Aktivitäten vorhanden, welche sich in allgemein verfügbaren Enzymzubereitungen finden.

Es wurde festgestellt, daß, wenn ein Stärkebrei zuerst durch Überführen in eine Paste bei einer wesentlich oberhalb der Gelatinierungstemperatur liegenden Temperatur gründlich löslich gemacht, dann in eine Masse aus zuvor verflüssigter und teilweise verzuckerter Stärke eingemischt und gleichzeitig der Einwirkung von sowohl verflüssigenden und verzuckernden Enzymen bei einer Temperatur unterhalb der Gelatinierungstemperatur unterworfen wird, dann Verluste infolge der Retrogradation oder Unlöslichmachung stärkstens verringert werden, die Stärke mit höheren Feststoffgehalten behandelt werden kann als bisher und hohe Ausbeuten an Zucker erhalten werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur enzymatischen Verzuckerung von Stärke ist dadurch gekennzeichnet, daß eine bei einer Temperatur von etwa 120 bis 180⁰C hergestellte Stärkelösung von etwa 16 bis 20 Be auf etwa 100⁰C gekühlt, diese Stärkelösung dann mit einer verflüssigten und teilweise verzuckerten Stärkelösung, welche verflüssigende und verzuckernde Enzyme enthält oder zu welcher verflüssigende und verzuckernde Enzyme zugesetzt werden, unter Einstellen der Temperatur der Mischung auf etwa 45 bis 70°C vermischt und die Mischung zur Verzuckerung der Stärke auf Temperaturen in diesem Bereich gehalten wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein einheitliches Ganzes, welches nicht in verschiedene getrennte Stufen unterbrochen werden kann, d. h., das Verdünnen und Verzuckern kann nicht für sich getrennt werden. Zur geeigneten Erläuterung jedoch kann es in den folgenden vier Phasen erörtert werden:

1. Stärkezubereitung,

2. verdünnendes Einmischen,

3. Vorverzuckerungsbedingungen und

4. Endverzuckerung.

Raffinierung und Gewinnung der erzeugten Zucker werden gemäß bekannten Verfahren ausgeführt.

Stärkezubereitung:

Das Verfahren beginnt mit der Überführung von Stärke durch physikalische Mittel in einen Zustand von größter Empfänglichkeit für den Angriff durch Enzyme. Das Ziel ist, eine klare homogene Lösung von Stärke mit einem hohen Feststoffgehalt und geeigneter Viskosität zu erhalten, um in technischen Anlagen gepumpt und behandelt werden zu können. Dies wird teilweise durch die kombinierten Wirkungen von hoher Temperatur und Scherwirkung erzielt. Ein bevorzugter Temperaturbereich ist 130 bis 160⁰C für eine so kurze Zeit wie ein paar Sekunden unter der durch rasches Fließen in einer Rohrleitung erzeugten Scherwirkung. So niedrige Temperaturen wie etwa 120⁰C können wirksam sein, wenn mit niedrigeren Stärkekonzentrationen oder mit heftigerem oder verlängertem Rühren gearbeitet wird. Temperaturen bis 180⁰C sind nicht schädlich. Die Drücke entsprechen entweder dem normalen Druck von Wasser bei der gegebenen Flüssigkeitstemperatur, 5 oder sie können auch höher sein infolge des Nichtgleichgewichts des Einlaßdampfes oder den Bedürfnissen für eine höhere Antriebskraft, um den Stärkefluß zu fördern. Arbeitsbedingungen mit Drücken bis zu 10,4 kg/cm² wurden angewendet. Die Dichte des

ίο verwendeten Stärkebreis sollte innerhalb des Bereichs von etwa 16 bis 20° Be liegen.

Stärkelösungen, wenn im bevorzugten Temperaturbereich zubereitet, sind bei der Temperatur der Zubereitung verhältnismäßig beständig und können infolge der Abwesenheit von restlichen körnigen Kristalliten ohne Retrogradation etwas gekühlt werden, aber Kühlen auf eine Temperatur, wo Gelierung auftritt, sollte vermieden werden. Vorzugsweise jedoch wird die Stärkelösung kontinuierlich hergestellt und rasch und stetig durch eine Kühlstufe vor dem folgenden Einmischen geleitet.

Die bevorzugte Teilkühlstufe, wenn angewendet, ist eine Schnellverdampfung bei .oder über atmosphärischen Druck. Diese erfüllt zwei Zwecke: Sie ermöglicht ein augenblickliches Sinken auf eine Temperatur um etwa 100⁰C. Sie ermöglicht auch die Wiedergewinnung von viel Wärme, welche durch die heiße Flüssigkeit absorbiert ist, und ebenso aus jedem Überschußdampf, der in der kurzen Berührungszeit nicht absorbiert wurde. Selbstverständlich wird die vorherige Erwärmungsstufe im Hinblick auf den viskosen Charakter der pastenförmigen Stärke fast notwendigerweise durch direkte Einführung von Dampf bewirkt, um Wärmeübertragung ebenso wie Turbulenz zu erzeugen.

Es ist wichtig, daß die schließlich bereitete Stärkelösung die geeignete Viskosität hat und nicht retrogradiert ist. Dieser Charakter kann in einer geeignet vorbehandelten Stärkelösung mit einem anfänglichen spezifischen Gewicht von 16 bis 2O⁰Be und einer Temperatur so niedrig wie 100⁰C erhalten werden. Bei etwas niedrigeren Dichten können etwas niedrigere Temperaturen erreicht werden, bevor Festwerden der vorbehandelten Stärkelösung auftritt.

Verdünnendes Einmischen

Die nächste Stufe ist die Einführung der vorbehandelten Stärkelösung in eine Verflüssigungs- und Verzuckerungszone. Diese Arbeitsweise verwendet den Zustand der Verdünnung als ein wirksames Mittel, um Retrogradation zu verhindern.

Als Verdünnungsmittel wird ein enzymatisch aktives vorgebildetes Teilhydrolysat verwendet, gerade so wie es seinerseits in dieser Betriebsstufe erzeugt wird.

In dieses Hydrolysat wird die wie oben vorbereitete heiße flüssige Stärkelösung stetig und vorzugsweise unter augenblicklicher Vermischung eingeführt. Sie wird dadurch stark verdünnt, und ihr Substrat wird frei zugänglich für den Enzymangriff. Die neue Stärke wird in einer Flüssigkeit aus alter Stärke verflüssigt, welche schon eine stärkere Verflüssigung und Teilverzuckerung erfahren hat.

Die erforderliche Anlage für diese Stufe ist vorzugsweise ein Behälter, gehalten auf oder über atmosphärischem Druck, versehen mit Rührwerk, Mittel zum Kühlen und zur Temperaturkontrolle. Er ist eingerichtet für die Aufnahme von einströmender Flüssigkeit, Enzym und pH-Kontrollmittel und eben-

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so für stetige Entfernung des Produkts. Sein Fassüngs- Um vorgärbare Zucker, wie Maltose und Malto-

vermögen ist ein solches, daß erstens der einkommende triose, aus Stärke zu gewinnen, werden die Enzyme

Strom verhältnismäßig klein im Verhältnis zu der aus Gerstenmalz bevorzugt. Diese können aus ge-

Gesamtflüssigkeit ist und zweitens die Verweilzeit mahlenem ganzen Malz oder indirekt durch Extrakeine solche ist, daß Stärke sehr verdünnt und in 5 tion erhalten werden. Die <x- und /J-Amylase-Bestand-

beständiger Form für die Verzuckerung ist. Eine teile sind wirksam in vereinter Tätigkeit im pH-Bereich

befriedigende Verweilzeit mit brauchbarer Enzym- von 4,5 bis 5,5 und bei einer Temperatur von 50 bis

dosierung ist 1 bis 3 Stunden. Die Zeit kann verringert 60⁰C. Zusatz von Calciumionen ist nützlich,

werden, wenn mehr Enzym angewendet wird, jedoch Andere Enzymsysteme können benutzt werden,

wird vorgezogen, daß sie nicht verlängert werden io Zubereitungen aus der Aspergillus-Flavus-Oryzae-

sollte, bloß um die gleiche Konvertierungsstufe mit Gruppe sind brauchbar zum Erzeugen von Mischun-

weniger Enzym zu erreichen. Zeit und Fassüngs- gen aus Dextrose und Maltose. Zufriedenstellende

vermögen können selbstverständlich vergrößert wer- Bedingungen schließen ein pH von 4,0 bis 4,5 und

den, wenn gewünscht wird, einen höheren Ver- eine Temperatur, von 45 bis 55° C ein. Auch kann

zuckerungsgrad zu erreichen, welcher sich dem 15 Malz-a-Amylase als Ergänzung zu Glukamylase-

gewünschten Endgrad der Hydrolyse in der einzigen Zubereitungen von niedriger Verflüssigungsaktivität

Stufe nähert. Es können mehrere Behälter benutzt benutzt werden. Das pH sollte oberhalb 4,0 und die

werden. Temperatur nicht über 6O⁰C sein. Es ist auch möglich,

Wirksames Vermischen des eintretenden Stromes ^-Amylase-Aktivität aus Malz mit «-Amylase-Aktivi-

ist notwendig. Dieser Strom ist heiß und fließend, aber 20 tat aus B. Subtilis durch Arbeiten bei pH 5,0 bis 6,0

einem Absetzen und Retrogradieren unterworfen, zu ergänzen.

wenn seine Temperatur sich erniedrigt. Die ruhende Demgemäß werden die einzuhaltenden Bedingungen Flüssigkeit andererseits enthält Enzym, welches der bei dem Verflüssigungszyklus durch die Art des Deaktivierung bei hohen Temperaturen unterworfen benutzten Enzymsystems gesetzt. Im allgemeinen soll ist. Eine brauchbare Arbeitsweise ist, einen Strom 25 das flüssige Substrat in einem stetigen Zustand durch der ruhenden Flüssigkeit von einem Volumen und ständigen oder absatzweisen Zusatz von Enzym, auf eine Temperatur zu kühlen, um die überschüssige pH-Einstellung und durch Zusatz von Enzymakti-Wärme des eintretenden Stromes auszugleichen und vatoren oder -stabilisatoren in einem Verhältnis, abinniges und rasches Vermischen in einem Misch- gestimmt auf das Einbringen der frischen Stärkebezirk zu sichern. Dieser Bezirk kann über oder unter 30 lösung, gehalten werden.

der Oberfläche der Flüssigkeit in dem Verweilbehälter Der Hydrolysengrad, welcher für eine zufriedensein. Die zwei Ströme können fast ebenso wirksam stellende stetige Zustandsbedingung typisch ist, durch direkten Aufprall aufeinander unter der Flüs- schwankt im einzelnen mit dem Enzymsystem, dem sigkeitsoberfläche und dicht an dem Rührwerkzeug gewünschten Produkt und den Gegebenheiten der des Behälterrührwerks vermischt werden. In weniger 35 Anlage. Es besteht das Grunderfordernis für eine wirksamer Weise kann der eintretende Strom unmit- solche Viskosität, daß sie als ein wirksames Verdüntelbar in die Masse der Flüssigkeit in den Wirbel nungsmittel für die eintretende Stärke dient und mit eines schnellen Rührwerks eingemischt werden. In schwachen Rührwerken in den Endkonvertern gehanddiesem Fall kann die Wärmeentfernung durch innere habt werden kann. In bezug auf das Ausmaß der Kühlschlangen und einen Kühlmantel stattfinden. 40 Hydrolyse wurde ein D. E. (Dextroseäquivalent) im

Bereich von 10 bis 60 beispielsweise als zufrieden-

Vorverzuckerungsbedingungen stellend für die Aspergillus-Niger-Konvertierung zu

Dextrose gefunden. Ein bevorzugter Bereich ist hier

Die nächste Stufe umfaßt den Zusatz von Enzym 28 bis 45 D. E. Für Malzkonvertierungen wurde bei

und die Aufrechterhaltung geeigneter Bedingungen 45 äquivalenten Verdünnen ein D. E.-Bereich von 10 bis

für die enzymatische Konvertierung. Die Arbeite- 40 gefunden.

weise wird eingestellt, um vereintes Verflüssigen und Im allgemeinen ist der Hydrolysengrad der ruhen-

Verzuckern zu bewerkstelligen. . den Flüssigkeit überlegen demjenigen, welcher aus

Es gibt natürlich auftretende Enzymsysteme, welche einer Kenntnis der unabhängig betriebenen Versehr wohl ausgeglichen sind hinsichtlich der ver- 50 dünnungs- und Verzuckerungsstufen vorausgesagt flüssigenden und verzuckernden Bestandteile. Es werden könnte. Sowohl Verdünnung wie Verzuckerung erweist sich, daß einige Aktivitätseigenschaften ent- scheinen weiter bei vereintem Enzymangriff als bei falten, welche es ermöglichen, eine einzige Bedingung Einzelbehandlung voranzuschreiten. In dieser Hinfür eine wirksame vereinte Tätigkeit der Bestandteile sieht ist die Wirkung nicht einfach additiv, sondern zu bestimmen. In anderen Fällen verstärken sich 55 synergistisch,
gewisse Enzymmischungen gegenseitig. Endverzuckerung

Um Dextrose aus Stärke zu erzeugen, wird vorzugsweise ein Enzym aus der Züchtung gewisser Stämme Flüssigkeit aus dem ersten Enzymkonverter wird, der Aspergillus-Niger-Gruppe angewendet. Die Berei- wie in der Zeichnung gezeigt, stetig zu einem Vertung befriedigender, Enzymsysteme ist in den USA.- 60 weilbehälter (Endkonverter) abgezogen, wo man die Patentschriften 3 012 944 und 3 042 584 beschrieben. Verzuckerung bis zur Vollendung fortschreiten läßt. Solche, welche reich in der Art von a-Amylase sind, Es ist weder ein weiterer Zusatz an Enzym noch welche hohe Temperaturwiderstandsfähigkeit und eine Änderung des pH-Bereichs oder der Temperatur größte Aktivität bei niedrigem pH zeigt, sind beson- notwendig, obwohl eine geringere pH-Einstellung ders brauchbar. Geeignete Bedingungen für vereinte 65 erwünscht sein kann und zusätzliches Enzym zugefügt Wirkung mit größerem Glukamylasebestandteil schlie- werden kann. Somit wird in einer zügigen Arbeitsßen einen pH-Bereich von 3,5 bis 5,0 und einen weise mit gemischtem Pilz- oder gemischtem Malz-Temperaturbereich von 55 bis 65° C ein. enzym die Gesamtdosierung an Enzym anfänglich

zugegeben. Auf diese Weise wird der Vorteil aus dem eine Mischkammer 5, wo sie augenblicklich mit einem gesamten verfügbaren verflüssigenden Bestandteil in Rückstrom aus gekühlter, teilweise hydrolysierter der Stufe ausgenutzt, wo der Bedarf daran am größten Flüssigkeit vermischt wird. Die Mischung geht ist. Die Bedingungen in dem ersten Enzymkonverter unmittelbar in eine Masse aus stark gerührter Flüssigwerden in diesem Fall so eingestellt, um maximale 5 keit im ersten Konverter. Hier wird sie auf konstanter Erhaltung der Verzuckerungsaktivität zu bewahren. Temperatur in Gegenwart von verflüssigendem und Man kann jedoch auch Situationen gerecht werden, verzuckerndem Enzym gehalten. Dieses Enzym kommt welche einen anderen Ausgleich in der Enzymanwen- aus einem auf konstanten Bedingungen gehaltenem dung erfordern. Wenn zwei Enzymquellen verfügbar Vorratsbehälter 10 in Anteilen entsprechend dem sind, eine reicher in «-Amylaseaktivität, die andere io Stärkestrom. Ein Strom von Teilhydrolysat wird aus reicher vielleicht in Glukamylaseaktivität, könnte die 6 kontinuierlich durch eine Zahnradpumpe 7 geerstere wohl in dem ersten Konverter mit kleinen pumpt, um den Rückstrom zum Kühlen im Wärme-Zusätzen der zweiten zu dem Schlußkonverter ver- austauscher 8 zu liefern und Primärprodukt im wendet werden. ⁴Es könnte auch wirtschaftlich sein, Verhältnis zum Stärkeeinlaß zum Endkonverter 9 die Größe des ersten Konverters zu verringern unter 15 abzuziehen. In 9 wird es auf einer fest eingestellten Arbeiten bei geeigneteren pH- und Temperatur- Temperatur unter Rühren während einer ausreichenbedingungen für rasches Verflüssigen auf Kosten den Zeit zur Vollendung der Verzuckerung gehalten, einer wesentlichen Vernichtung der Verzuckerungs- Zusammengefaßt in Tabelle I sind die Hauptwerte

aktivität. Mehr oder anderes Enzym muß dann in aus einer Reihe von Versuchen zur Konvertierung der Schlußstufe zugesetzt werden, zugleich mit Ein- 20 von Maisstärke zu Dextrose nach dem erfindungsstellung von Bedingungen, um seine wirksamere gemäßen Fließverfahren.

Ausnutzung vorzusehen. Bei der Ausführung dieser Versuche wurde der

Für die Gewinnung von Dextrose kann die End- Vorratsbehälter mit feuchter Stärke gefüllt. Diese verzuckerung während 3 bis 4 Tagen oder mehr bei wurde während des Betriebs in einem konstanten einer typischen Temperatur um 6O⁰C und einem 25 Verhältnis von 1,9 1 pro Minute herausgepumpt. Der pH bei 4 fortschreiten gelassen werden. Die End- Enzymkonverter wurde zu Beginn teilweise mit flüssigkeit wird einen D. E.-Wert zwischen 98 und Wasser gefüllt. Während des Betriebs wurde die 100 °/₀ haben. Für die Gewinnung von Maltose wird Konverterflüssigkeit in einem konstanten Verhältnis eine raschere Verzuckerung gewöhnlich durchgeführt. von etwa 601 pro Minute durch den Wärmeaus-Geeignete Bedingungen schließen eine Temperatur 30 tauscher gepumpt. Die Misch-Strom-Temperatur war um 55⁰C und ein pH nahe 5 ein. Das End-D. E. ist durchschnittlich 71° C über eine kurze Strecke von etwa 52 bis 56 °/₀. der Mischkammer zu einem untergetauchten Einlaß

Das Endprodukt wird in üblicher Weise als Sirup in der Konvertierungsflüssigkeit. Wenn das Flüssigoder Zucker für spezielle Verwendungen in der keitsvolumen den Höhenstand für die gesetzte VerNahrungsmittel-, Gärungs- oder chemischen Industrie 35 weilzeit erreichte, wurde Hydrolysat kontinuierlich behandelt, gefiltert, raffiniert und gewonnen. abgezogen, Muster wurden unter mildem Rühren für

60 bis 100 Stunden bei etwa 6O⁰C zum Messen der

Experiment Endkonvertierung gehalten. Zwei "Werte wurden

Eine Versuchsanlage zum Ausführen einer erfin- bestimmt: Ausbeute an Filtrat, bezogen auf die dungsgemäßen Arbeitsweise wird in der Figur gezeigt. 40 Gesamttrockensubstanz und Ausbeuten an Dextrose, Sie umfaßt im wesentlichen einen Stärkevorrats- ausgedrückt als D. E. des Filtrats. behälter 1, einen ersten enzymatischen Konverter 6 Drei Enzymzubereitungen wurden benutzt. Zu-

und mehrere Verzuckerungsbehälter 9 (Endkonverter). bereitungen M und C waren transglukosidasefreie, Im Betrieb wird Stärkebrei über die Schrauben- a-Amylase und Glukamylase enthaltende Enzympumpe 2 durch einen Dampfinjektor-Erhitzer 3 ge- 45 konzentrate aus Aspergillus-Niger-Kulturen. Einleitet. Hier wird die Stärke unter turbulentem Rühren heiten von Aktivität (Glukamylasebasis) wurden bei hoher Temperatur angepastet. Während des gemessen wie in USA.-Patentschrift 3 042 584 be-Fließens durch das dampfdurchzogene Rohr 4 wird schrieben. Enzym T war gemahlenes Gerstenmalz, die Stärke in eine klare feststoffreiche Lösung über- verwendet in einer Menge von 0,2 °/₀, bezogen auf geführt. Sie kommt durch ein Druckregulierventil in 50 das Stärkegewicht.

Tabelle 1

Reihe

II

III

Zahl der Versuche

Vorratsstärke, Βέ

Anpasttemperatur ° C

Verweilzeit, Sekunden

Erstkonvertertemperatur, ⁰C

Verweilzeit, Minuten

pH

Enzym

Glukamylaseeinheiten

Endausbeute an Hydrolysat, %, bezogen auf

Trockensubstanz

End-D. E. des gewonnenen Hydrolysats

4	3	51	160	5	80	9
20	20			20		21,5
141 bis 8	142 bis	1	60	bis	5	166
3	3			60		40
60 bis 1	60 bis	5,0	4,2	bis	5,0	60
50 bis 140	100			100		100
4,3 bis 5,0	4,3 bis		17	bis	24	4,1 bis 4,3
M	M		97	C	9	C + T
14 bis 17	17		98	31S	9	21 bis 28
97 bis 9	99		bis	97 bis 9
96 bis 8	98		bis	98 bis 9

Die Versuche waren im allgemeinen erfolgreich. Bei ,stetigen Zustandsbedingungen wurde flüssiges Hydrolysat aus dem Konverter erhalten und dieses war zufriedenstellend verzuckert. Das Ziel, ein schnellfiltrierendes Produkt bei 98% Ausbeute und 98 bis 99 °/₀ Zuckergehalt wurde unter einem Bereich von Arbeitsbedingungen erreicht.

Anpasttemperaturen bis herab zu 133⁰C mit 3 Sekunden Verweilzeit oder von 135⁰C mit einer Minute Verweilzeit waren Grenzwerte in bezug auf glattes Fließen in dem gegebenen System. Der Betrieb wurde mechanisch bei Temperaturen von 151 bis 157° C gut kontrolliert, ohne Rücksicht auf die Verweilzeit. Temperaturen bis 180° C während einer Minute waren zufriedenstellend, aber ohne besonderen Vorteil.

Die beste Verweilzeit in dem ersten Konverter war etwa 100 Minuten. Eine Verweilzeit von 50 Minuten führte zu einer niedrigeren Ausbeute. Das Ausmaß der. Hydrolyse in dieser Station kann über weite ao Bereiche, z. B. von D.E. 20 bis D.E. 60, ohne ungünstige Einwirkung auf das Produkt der Endstufe, schwanken.

Verschiedene Betriebsverbesserungen wurden bei der weiteren Erprobung entwickelt. Eine Schnellkühl- »5 kammer wurde in die Leitung für die heiße Lösung eingebaut. Sie arbeitete gut bei etwas atmosphärischem Druck, um sowohl· erheblich die Gesamtbelastung durch Kühlen wie auch die Stromverdünnung infolge von freiem und absorbiertem Dampf zu verringern. Mit dieser Abänderung wurde die Mischkammer besser unter die Flüssigkeitsoberfläche des ersten Konverters verlegt. Beide Änderungen verringerten die Temperatur und die Kontaktzeit der zurückgeführten Flüssigkeit mit heißer Stärkelösung und beseitigten somit diese Quelle von Enzymdeaktivierung.

Versuche wurden auch erfolgreich in gleicher Weise mit Süßkartoffelstärke durchgeführt. Ein Beispiel einer Konvertierung dieser Süßkartoffelstärke folgt: 40-Ein Brei von Süßkartoffelstärke von 21° Be wurde mit direktem Dampf auf 155⁰C für eine Verweilzeit von 60 Sekunden bei 6,75 kg/cm² erwärmt. Danach wurde der Strom zu einer Schnellkühlkammer unter 0,42 kg/cm² geleitet, wo die Temperatur auf 103° C fiel. Von hier wurde er zu einer Mischkammer geleitet, wo er mit gekühltem Rückstrom in einem 12:1-Verhältnis und auf eine Temperatur von 62° C gemischt wurde.

In dem ersten Konverter schlossen die Verweilbedingungen pH 4,1 bei 60° C und 17⁰Be bei einer durchschnittlichen Verweilzeit von 100 Minuten und ein durchschnittlicher D. E. von 16 ein. Die Flüssigkeit stetigen Zustands war ganz flüssig bei diesem niedrigen Verzuckerungsgrad. Das hier zugesetzte Enzym stammte aus einer Aspergillus-Niger-Kultur von hohem «-Amylase-Gehalt. Die Dosierung war acht Glukamylaseeinheiten. Die Endverzuckerung wurde bei 60° C während 112 Stunden mit zusätzlichen acht Einheiten eines Hochglukamylaseenzyms durchgeführt. Endausbeute war 99,7 °/₀, Hydrolysat mit D.E. 98.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur enzymatischen Verzuckerung von Stärke, dadurch gekennzeichnet, daß eine bei einer Temperatur von etwa 120 bis 180° C hergestellte Stärkelösung von etwa 16 bis 20 Be auf etwa 100⁰C gekühlt, diese Stärkelösung dann mit einer verflüssigten und teilweise verzuckerten Stärkelösung, welche verflüssigende und verzuckernde Enzyme enthält oder zu welcher verflüssigende und verzuckernde Enzyme zugesetzt werden, unter Einstellen der Temperatur der Mischung auf etwa 45 bis 70°C vermischt und die Mischung zur Verzuckerung der Stärke auf Temperaturen in diesem Bereich gehalten wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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