DE2003335A1 - Verfahren zur Gewinnung pulveriger Amylose - Google Patents

Description

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Hayaahibara Company 23· Januar 1970

198, Shimoishii, Okayama-ahi, SJVEu Okayama/ Japan

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Verfahren zur Gewinnung pulveriger Amylose

Sie Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung pulveriger Amylose mit vorzüglicher Löslichkeit und Geschmackshaltbarkeit durch enzymatische Hydrolyse gelatinierter Stärke.

Die Herstellung geradkettiger Amylose aus Stärke wird gemäß Patent ... (Anmeldung P 19 16 721.6) zuerst durch Verflüssigung einer Stärkeaufschlämmung entweder durch Erhitzen z.B. bei einer Temperatur von etwa 160⁰O oder unter Anwendung von e£-Amylase als Verflüssigungsenzym bis zu einem niedrigen Dextrose-Äquivalent (D.E. im Bereich von etwa 0,5 bis 2) und dann durch Behandlung mit einem ^-1,6-Glukosidase-Enzym, welches die J^ -1,6-Glukosidbindungen in der verzweigten Struktur des Amylopektins der Stärke zu geradkettigen Molekülnn vom Amylose-Typ hydrolysiert. Als Hydrolyse-Enzym dient beispielsweise die mittels Bakterien von Pseudomonas amyloderamosa (A.T.C.C. Nr. 21 262) erzeugte

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Isoamylase oder die mittels Aerobacter aerogenes (A.T.0.0. Nr. 8724) gewonnene Pullulanase.

Auf diese Weise erhält man eine niedermolekulare Amylose, die hauptsächlich aus Polymeren vo« durchschnittlichen Polymerisationsgrad von etwa 30 bis 20 besteht. Dieser Befund wurde bestätigt sowohl durch die Endgruppenaiessung nach der periodischen säuren Oxydationametbode, dl· in der Regel einen Polymerisationsgrad von etwa 20 bis 50 ergab, wie auch durch die Smith-Abbaumethode, die ergab, daß das Hydrolyseprodukt ein praktisch seitenkettenfreies Amylosepolysaccharid ist.

Letzteres weist eine beträchtliche Löslichkeit und in der Form seiner wässrigen Lösung eine verhältnismäßig niedrige Viskosität auf. Wie aus seiner Molekularstruktur zu erwarten, zeigt es eher eine Neigung zur Fadenbildung als stärkehaltige dickflüssige Lösungen. In wässriger Lösung gibt es bei der Jodreaktion einen Farbenumschlag in Blau; dies deutet darauf hin, daß der Stoff eine spiralige Molekularstruktur hat. Er fällt bei niedriger Temperatur aus der Lösung aus. Die Bildung einer Kristallstruktur beim Trocknen wird durch die Röntgenstrahlenbeugung (diffraction) angezeigt. Diese Feststellung führte zum Befund, daß die Trocknung der rohen wasserhaltigen Amylase zum pulverigen Zustand unter Erhaltung eines weitgehend kristallinen Produktes durchführbar ist.

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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung pulveriger Amylose ist dadurch gekennzeichnet, daß man

(a) in einer gelatinierten bzw. verflüssigten Stärkeaufschllmmung die Amylopektin-Seitenketten mit einer Xsoamylase zu einer geradkettigen Amylose hydrolysiert,

(b) auβ der hydrolysierten Lösung entweder mit einem Fällungsmittel wie Butanol oder durch langsames Abkühlen die Amylose fällt,

(c) die Fällung in Form eines wasserarmen kristallinen Niederschlags entweder durch Ausfällen oder Abschleudern entwässert und

(d) durch Sprühtrockracg bei niederer Temperatur in poröse trockene Pulver übei«.: .v.

Zwar ist das Trocknen dar in Stufe (a) % ir^X »issigten Stärke auch auf heißen Walzen, wie sie zur Gewinnung eon gelatinierter Stärke benutzt werden, durchführbar. Jedoch trocknet hierbei der Stoff, der noch zu viel Vaeeer enthält, um beim Erhitzen einer Gelatinierung zu widerstehen, lediglich alt

einem geringen Hutzeffekt. Und einmal gelatiniert, hat da« Produkt «ine unregelmäßige Orientierung, die vor dem Festwerden ausgerichtet (reground) werden muß. Außerdem ist das Viderauflösen des Produktes sehr schwierig.

Andererseits hat die aus dem Hydrolysegemisch ausgefällte

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Amylose einen zu hohen Vaseergehalt, um glatt und gleichmäßig entwässert zu werden, und erfordert für Trocknungszwecke viel Wärme. Große Schwierigkeiten verursachen auch das Vaechen mit Wasser, das Abschleudern oder Filtrieren des Niederschlages.

Xe ist daher wesentlich für die Durchführung der Erfindung, daß die Amylose in der Form von Kristallen vom Wasser abgetrennt und gereinigt und dabei der Vassergehalt herabgesetzt wird. Dies wird erfindungsgemäß auf zwei Wegen verwirklicht:

1) Wach der einen Methode wird ein Amylose-Butanol- oder ein ähnlicher Komplex gebildet und zwar durch Zusatz von Butanol, einer organischen Säure oder dergl. zur Amylose-

Lösung. In der Hegel wird eine etwa 5 bis 15%ige Amyloselösung auf oberhalb 80⁰C «wecke vollständiger Homogenisierung erhitzt, dann Butanol bis zum ßättigungspunkt zugegeben und hierauf die Mischung im Laufe von 20 Stunden langem» gekühlt, wobei der Butanolkoaplex auefallt. Hierbei wird «in kristalliner Mieder schlag,' der einen nur ge ringen Vaeeergeue.lt bat und leicht vo· Vaeeer abtrennbar iet, erhalten. Kach Abtren nen der überstehenden Flüssigkeit durch Abschleudern bleibt ein aus rein·· Aeyloat-Κοβρΐβχ bestehender Niederschlag zurück.

2) Gemäß der sweiten Methode wird durch Erhitzen der etwa 10 bis 20#igen Lösung amylosierter Stärke auf über 10O⁰C

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eine vollkommen hoaiopj^n dinp^rgierbe 'Lär.noi* ör-tiaUv-ίη, dia man so langsam v/i β möglich k*lLil π, wo Lauf djv aungnfaLXeiiG kristalline Niedo:';:chlu£ abgeschleudert, di«.i übivra behende Flüssigkeit zwecke; Homogn\ LaL3rung erneu b -jL'hibzbj dirin gleichfalls langsaru j^ekiihlb und geschleudert; wi el, bdvoi- eine vollständige Gelbiidung einbribb. Das i^Jroi.ukt ha^!j einen Wasaergehalb unterhalb B0% und eine die nachi'oli-';dnde Behandlung erleichbernde niedrige Viakosi-Lblit, Die BiLdung des kristallinen Niedet'.JchiagB nach v'OL*sbeht;nd<iL· Ilefchoda ist besonders einfach, wenn zur Hydrolyse eine mittel« Bakterien der Pseudomonas-G-attung bereibebe Isoamylase verwendet wird.

Die nach einer der vorb?.schriebenen Methoden in. Stufe (b) und (c) erhaltenen Niederschläge versprüht mac mittels einer Hochdruckpumpe vom Kopf einer Trocknungskolonne durch eins Düse oder über eine Drehscheibe, wobei die Trockenlufttemperatur bei mindestens 10O⁰G und die Amylosetemperatür zwecks Vermeidung einer Gelatinierung oder Auflösung unterhalb gehalten wird. Die erforderlichenfalls im Vakuum schnell durchgeführte Sprühtrocknung benötigt keine höheren Temperaturen als die bisher üblichen Trocknungsmethoden, so daß die Trocknungsprodukte ihre Kristallinität beibehalten.

Die erhaltenen weißen Amylosepulver haben eine sehr geringe scheinbare Wichte und einen Wassergehalt von höchstens 10%. Die gemessene Röntgenstrahlenbeugung (diffluxtion) zeigt,

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daß ii.-; Pulver porös uni bd t ΐ'ϋ-..-hL Li ch kristallin :-.ind. Insbesondre dor trockene pulverige Butanolkomplex ac he.int viol von dor Gi>i ra !. igen !:r^: :1,a 1 linen Struktur der ursprünglichen (, or i i ;LU'i L Ί Amy losesubstaiiz beizubehalten.

Fr¹U ΐ\ιπ(_;··η e:x',aijeri, daß die Amylosepuivo r bei reJafci.ver Feuchtigkeit über 8O/y langsam Wasser und ebenso aucii Gerüche absorbieren; dank Ji oer Eigenschaften i;ind sie λIs poröse Absorbex· nutzbar, ,'lie sind in Wasserschneller zu dispergieren und aufzulösen als die in üblicher Weise erhaltenen Amyio·- sen; auch bilden sie leichter homogene Lösungen, die tür Auflösungs- und Golieiungsvorgänge sehr geeignet sind.

Dagegen sind die üblicherweise mittels heißer Walzen getrockneten Produkte sehr fest und schwer zu lösen. Sie haben eine große Wichte und eine sehr geringe Fähigkeit zur Geschmackserhaltung. Darüberhinaus bewirkt die hohe Trocknungshitze eine teilweise Zersetzung und eir.en Abbau der Amylose und macht die Gewinnung reiner Produkte gleichmäßiger Güte unmöglich.

Demgegenüber sind die erfindungsgemäß mittels Sprühtrocknung gewonnenen Amylosepulver frei von den vorgenannten Nachteilen. Ihre verhältnismäßig große Oberfläche macht sie bestgeeignet zur Synthese von Amylosederivaten durch Dampfphasenumsetzungen.

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Beispiel 1.

Eine 5 bis 10%ige Aufschlämmung der Stärke von wachsartigem Hais wird unter Rühren schnell auf 155⁰C unter Bildung einer vollkommen homogen gelatinierten Lösung erhitzt und diese zwecks schneller Abkühlung in ein Vakuum von 5O⁰C versprüht. Sofort nach Abkühlung gibt man als Isoamylase eine gemäß Patent ... (Anmeldung P 17 67 65A-.9) mittels Bakterien des Stammes Aerobacter aerogenes gewonnene Pullulanase zu und läßt 30 h beim pH 6,0 einwirken. Hierauf wird bei 120⁰C unter Rühren erhitzt und die erhaltene homogene Lösung in einem Zeitraum von 12 bis 24 h langsam gekühlt. Die niedermolekulare Amylaae netzt sich als kristallines Pulver ab und wird abgeschleudert

Der mit 75% Wasser gewonnene Brei wird mittels einer Hochdruckpump· vom oberen Teil einer trocknung;·■/<o3 cime, die eine Hutzhöhe von 15 » hat, durch eine Düse versprüht. Die Trokkenluft wird mit einer Eintrittstemperatur von höchstens 100⁰C ebenfeil· in form ein·» Abwärteetromee in die lolonne eingepreit. Die Austritt·temperetür liegt unter 60⁰C, die Pulvertemperatur unter 40⁰O. Dae gewonnene Pulver ist fein, porös und leicht} die Teilehen sind praktisch kugelig. Das Pulver absorbiert wenig Vmsaer, ist leicht löslich in warmem Wasser und behält den Geschmack bei.

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Beispiel 2.

Die Gelatinierung und Hydrolyse erfolgt nach Beispiel 1. In der erhaltenen Lösung amylolysierter Stärke wird Butanol bis zur Sättigung gelöst, das Gemisch von 80⁰C in 20 h gekühlt und hierauf der ausgefallene kristalline Amylose-Butanol-Komplex als ein verhältnismäßig trockener und fester Niederschlag abfiltriert oder abgeschleudert.

Den abgetrennten Brei gibt man bei einer Flüssigkeitstemperatur von höchstens 40 C mittels einer Hochdruckpumpe unmittelbar auf eine im oberen Teil einer Trocknungskolonne befindliche Drehscheibe. Die Trocknungsbedingungen entsprechen denjenigen des Beispiels 1. Das erhaltene leichte Pulver hat eine gute Wasserlöslichkeit und eine starke Absorptionskraft für Gase und Flüssigkeiten. Die Böntgenstrahlenbeugung (difflux) zeigt, daß das Produkt in einem beträchtlichen Ausmaße eine spiralige Molekularstruktur aufweist.

Beispiel 3«

Eine 20%ige Aufschlämmung gereinigter Kartoffelstärke wird nach Zusatz von 0,1% einer Verflüssigungsamylase bei 90⁰C verflüssigt und nach Abfall des D.E. auf unter 1 schnell auf 50⁰C abgekühlt. Hierauf gibt man eine mittels Bakterien des Stammes Pseudomonas amyloderamosa nach Patent ... (Anmeldung P 17 67 653.8) bereitete Isoamylase zu und hydrolysiert 40 h beim pH 5,0 und 45⁰C, worauf die Lösung durch Erhitzen auf 100⁰C vollkommen dispergiert und sodann langsam gekühlt

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wird. Der sich abscheidende Amylose-Niederschlag hat im Vergleich zu den mit anderen Enzymen erhaltenen Niederschlägen eine besonders gute Kristallinitat und ist leicht abzuschleudern bzw. abzufiltrieren. Diese Fällung und die durch 4:1-Eindampfen der Mutterflüssigkeit erhaltene Fällung werden getrennt umkristallisiert, in lang- und kurzkettige Moleküle getrennt und beides in der angegebenen Weise durch Versprühen zu leichtem Amylose-Pulver getx'ocknefc.

Beispiel 4.

Man verfährt nach Beispiel 1, hydrolysiert jedoch mit der Pseudomonas -Isoamylase gemäß Beispiel 3₅ wobei kurzkettige Amylose-Moleküle einer Ketfceiilänge im Bereich von 20 bis 30 erhalten werden. Die erhaltene Lösung wird auf Λ/3 Volumen eingedampft und bei 'YjO⁰Q im Laufe von 10 h gefällt Ben wasserarmen Niederschlag schleudert man ab, trennt die üterstehende Flüssigkeit ab und versprüht den Amylose-Kristalle enthaltenden Niederschlag mit Hilfe einer Hochdruckpumpe und einer Düse djfi einen Sprühtrockner, wobei zu beachten ist, daß die Flüssigkeitstemperatur sich nicht erhöht.

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Claims (4)

23. Januar 1970 SJ/Hu hao 7084 Patentansprüche

1. Verfahren zur Gewinnung pulveriger Amylose durch enzymatische Hydrolyse gelatinierter Stärke, dadurch gekennzeichnet , daß man

(a) in einer gelatinierten bzw. verflüssigten Stärkeauf schlämmung die Amylopektin-Seitenketten mit einer Isoamylase zu einer geradkettigen Amylose hydrolysiert,

(b) aus der hydrolysieren Lösung entweder mit einem Fällungsmittel wie Butanöl -deν durch langsames Abkühlen die Amylose fällt,

(c) die Fällung in Form eines wasserarmen kristallinen Niederschlages durch Ausfällen oder Abschleudern abtrennt und

(d) durch Sprühtrocknung bei niederer Temperatur in poröse trockene Pulver überführt.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in Stufe (a) mit einer mittels Bakterien des Stammes Pseudomonas amyloderamosa bereiteten Isoamylase oder mittels Bakterien des Stammes Aerobacter aerogenes bereiteten Pullulanase hydrolysiert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man in Stufe (b) die etwa 5 bis 15#ig erhitzte Amylose-Lösung mit Butanol sättigt und dann langsam kühlt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man in Stufe (b) die etwa 10 bis 20%ige, auf über 100⁰G erhitzte Amjlose-Lösung möglichst langsam abkühlt und die vom Miederscfc.·.-^ ^.■_ct.. - sncte Lösung in gleicher Weise behandelt.

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