DE2417639A1

DE2417639A1 - Verfahren zur umwandlung von koerniger staerke in ein loesliches hydrolysat

Info

Publication number: DE2417639A1
Application number: DE2417639A
Authority: DE
Inventors: Elie Francois Berghmans; Ronald Emil Hebeda; Dennis John Holik; Edward A Kuske; Harry Woods Leach; Darius K Przybylsi; Raoul Walon
Original assignee: Unilever Bestfoods North America
Current assignee: Unilever Bestfoods North America
Priority date: 1973-04-10
Filing date: 1974-04-10
Publication date: 1974-10-17
Also published as: JPS5918040B2; DE2417639C3; IT1012574B; US3922198A; CA1022485A; AR208286A1; TR18333A; US3922199A; FR2225521B1; FR2225521A1; GB1470325A; DE2417639B2; NL7404893A; JPS5040762A; US3922197A

Description

DR. MÜLLER-BORE DIPL. ü.G. GROCU'ING Dir^jL..-CHEM. DR. DEUFEL DIPL.-CHEM. Dri. SCHÖN D ί r'L.-P.- VS. HERTEL

PATENTANWÄLTE

2417639 U AMt ta?4

D/S/Sh - C 2846

CPO IN¹TEEIiAT¹IONAL IHC.
International Plaza, Englewood Cliffs, ITew Jersey / USA

Verfahren zur Umwandlung von körniger Stärke in ein lösliches Hydrolysat

Die Erfindung betrifft die Solubilisierung von körniger Stärke durch Enzyme und befaßt sich insbesondere mit der Umwandlung einer körnigen Stärke in hydrolytische Produkte.

Die Hydrolyse von Stärke zu Dextrose wird in bekannter Weise unter Einsatz von Enzymen durchgeführt. Das für diesen Zweckhauptsächlich eingesetzte Enzym war und ist immer noch Glukoamylase. Dieses Enzym hydrolysiert in wirksamer Weise die Stärke durch Abspaltung von einem Molekül Dextrose von dem Stärkemolekül. Dabei ist es jedoch notwendig, zuerst die Stärke zu verdünnen, bevor sie der Einwirkung von Glukoamylase ausgesetzt wird. Dieses Verdünnen kann entweder unter Verwendung einer Säure oder Einsatz eines Enzyms erfolgen. ^r Die Stär'se wird bis zu einem Dextroseäquivalent (D.E.) von ungefähr 10 bis 20 verdünnt und dann mit Glukoamylase behandelte

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Dr. MQMer-Bore Dipl.-Iue. Groening · Dr. Deute! · Dr. Schön - Dipl.-Phys. Hertel

Braunschv/eig, Am Bürgerpark 8 8 Münciien 22_: F-cbsrt-Koch-StraBe 1

Telefon (0531) 73887 Telefon (083) 2935 4E, Telex 5-2? 030 mbpat. Kabel: Muebopat München

Bank: Zontraikasso Bayer. Volksbanken München, Klo.-Nr. as;? - ftjs^.chcck: Münciien S54 95 - 802

Dieses Zweistufenverfahren wird als Säure/Enzym-Verfahren oder als Enzym/Enzym-Verfahren "bezeichnet, und zwar je nach der Art der angewendeten Verdünnung.

Im Falle des Säure/Enzym-Verfahrens kann das anfänglich durchzuführende Verdünnen mit der Säure die Einhaltung einer ziemlich hohen Temperatur erfordern, beispielsweise einer Temperatur in der Größenordnung von 120 ⁰C. Dabei werden natürlich Stärkefragmente erzeugt, die leicht entarten und auch Bückumwandlungsprodukte erzeugen. Wie zu erwarten ist, geschieht dies auf Kosten der angestrebten Dextrosebildung.

Das gleiche gilt für das Enzym/Enzym-Verfahren, das auch eine relativ hohe Temperatur bei der Durchführung der Verdünnung erfordert, beispielsweise eine Temperatur von 85-95 C. Ferner ist es übliche Praxis, die verdünnte Stärke auf noch höhere Temperaturen zu erhitzen, beispielsweise in der Größenordnung von 120 bis 160 ⁰C, um die Gelatinisierung der Stärke zu beenden und die Filtration zu verbessern-« Zusätzlich werden bestimmte Fett/Ämylose-Komplexe gebildet, die ganz unlöslich sind und Schwierigkeiten beim Filtrieren verursachen.

Eeines dieser Verfahren ist völlig frei von Schwierigkeiten bei der Durchführung, und zwar infolge des unvermeidbaren Vorliegens von Entartungsprodukten, Stärke/Fett-Komplexen soviie Rückumwandlungsprodukten. Werden derartige Produkte gebildet, dann treten Schwierigkeiten insbesondere bei der Filtration der Produktmischung auf, wobei die Dextroseausbeute vermindert wird.

In der ÜS-PS 2 583 4-51 wird ein enzymatisch.es Hydrolyseverfahren beschrieben, bei dessen Durchführung keine hohe Temperatur eingehalten wird. Desgleichen entfällt eine Gelatinisierungsstufe. Dabei sind jedoch die Dextroseausbeuten sehr

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niedrig. Leach, et al beschreiben in "Cereal Chemistry", Band 38, ITr. 1, Januar 1961 auf den Seiten 34- - 4-6 in ähnlicher Weise die enzymatisch^ Hydrolyse von körniger Stärke unter Einsatz von verschiedenen alpha-Amylasen, jedoch bei tiefen Temperaturen,

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Verfahrens zur Umwandlung von Stärke in Dextrose sowie die Schaffung eines Verfahrens zur Solubilisierung von körniger Stärke.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Solubilisierung von Stärke besteht darin, eine körnige Stärke mit Wasser, einer bakteriellen alpha-Amylase und Glukoamylase bei einer Temperatur zwischen der normalen Anfangsgelatinisierungstemperatiir und der tatsächlichen Gelatinisierungstemperatur der Stärke sowie auf einen pH von ungefähr 5,0 bis ungefähr 7»O zu vermischen. Die vereinigte Wirkung von bakterieller alpha-Amylase und Glukoamylase hat ■eine gesteigerte Solubilisierung der Stärke sowie erhöhte Dextroseausbeuten zur Folge. Die Wirkung der bakteriellen alpha-Amylase allein, d. h. beim Fehlen der Glukoamylase, besteht darin, die körnige Stärke zu hydrolysieren. Dies bedeutet, daß dann, wenn körnige Stärke, Wasser und eine bakterielle alpha-Amylase unter den vorstehend geschilderten Bedingungen vermischt werden, ein lösliches Stärkehydrolysat erzeugt wird.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Hydrolyse von Stärke, das die folgenden Verfahrensstufen in der angegebenen Reihenfolge umfaßt:

a) Solubilisierung einer wäßrigen Aufschlämmung einer körnigen Stärke durch Behandlung mit einer alpha-Amylase unter Bedingungen, bei denen eine Gelatinisierung vermieden wird, zur Solubilisierung von wenigstens ungefähr 10 % der Stärke;

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b) Erhitzen der wäßrigen Aufschlämmung auf eine Temperatur oberhalb der Gelatinisierungsteraperatur der Stärke, so daß im wesentlichen die ganze restliche körnige Stärke gelatinisiert wird, und

c) Verzuckerung des gelatinisierten Produktes durch Behandlung mit einem Verzuckerungsenzym.

Insbesondere umfaßt dieses Verfahren die folgenden Stufen in der angegebenen Reihenfolge:

a) Herstellung einer wäßrigen Aufschlämmung aus körniger Stärke und einer alplia-Amylase bei einem pH von ungefähr 5 bis ungefähr 7 und Erhitzen dieser Mischung auf eine Temperatur von ungefähr 40 ⁰G sur Solubilisierung von wenigstens ungefähr 10 % der Stärke;

b) Erhitzen der Mischung auf eine Temperatur oberhalb der G-elatini si erungs temperatur der Stärke, um im wesentlichen die ganze restliche körnige Stärke zu gelatinisieren und

c) Erhitzen der Mischung mit einem Verzuckerungsenzym auf eine Temperatur von ungefähr 50 bis ungefähr 65 ⁰O sowie bei einem pH von ungefähr 4- bis ungefähr 6, wobei diese Bedingungen solange aufrechterhalten x^erden, bis aas Dextroseäq.uivalent₅ "bezogen auf den G-esamtfeststoffgehalt der Mischung, merklich erhöht ist.

Bei der Stärke kann es sich van. eine übliche, im Handel erhälüLche Stärke handeln, beispielsweise um Maisstärke, wachsartige Maisstärke, Tapiocastärke, Kartoffelstärke, weiße süße Sartoffelstärke5 Weizenstärke, Sagostärke₉ Sorghumstärke, Stärke mit hohem ijnjlosegehalt oder dgl· Wachsartige sowie nicht wachsartige Stärken sind geeignet«. Wie bereits erwähnt wurde, ist die Stärke kornig. Haisgrieß sowie andere Sohmaterialien mit hohem Stärkegehalt können in aufrieden-

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stellender Weise verwendet werden.

Ein wichtiger Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß es -in einer wäßrigen Aufschlämmung mit relativ hohen Konzentrationen durchgeführt werden kann. Der Feststoffgehalt der Stärkeaufschlämmung liegt im allgemeinen zwischen ungefähr 5 und ungefähr 40 %, wobei Jedoch gewöhnlich der Peststoffgehalt 10 bis 30 % beträgt. Geringere Konzentrationen können natürlich verwendet werden. Nimmt die Konzentration ab, dann nimmt im allgemeinen das Ausmaß der Stärkesalubilisierung zu, so daß auf diese Weise die Dextroseausbeute erhöht wird. Aus praktischen Erwägungen kann es jedoch in den meisten Fällen sehr zweckmäßig sein, kleinereVolumina einzusetzen, d. h. höhere Stärkekonzentrationen. Dies vermeidet oder ver-. mindert die beträchtlichen Kosten, die bei einer Konzentration der Umwarölungsmischung vor der Kristallisation anfallen. In einigen Fällen kann jedoch der erfindungsgemäß erzielbare Vorteil ausreichen, diesen Nachteil auszugleichen, so daß eine Konzentration von ungefähr 10 % Feststoffen vorgezogen werden kann.

Das Verfahren ermöglicht die Solubilisierung praktisch der ganzen Stärke in einer 25 %igen wäßrigen Aufschlämmung innerhalb einer Zeitspanne von 24 Stunden, Ferner kann bei höheren Konzentrationen etwa vorhandene nicht aufgelöste Stärke rezyklisiert werden, so daß der G-esamtwirkungsgrad verbessert wird, d. h., daß mehr als 90 % der Stärke solubilisiert werden.

Bei der bakteriellen alpha-Amylase handelt es sich vorzugsweise um eine solche, die innerhalb des pH-Bereiches von ungefähr 4,0 bis ungefähr 7₅O aktiv ist und eine merkliche Aktivität bei relativ niedrigen Temperaturen aufweist, d. h. unterhalb der Temperatur, bei welcher eine jeweilige Stärke gelatinisiert. Bevorzugte Quellen für derartige alpha-Amylasen

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sind bestimmte Spezies des Bacillus-Mikroorganismus, d. h. B. subtilis, B. licheniformis, B. coagulans und B. amyloliquefaciens. Geeignete alpha-Amylasen werden in der OE-Arsm. 4836/7O,bek.gem. 15.12.71 sowie in der US-PS 3,697,378 beschrieben. Besonders geeignete Amylasen sind diejenigen, die auf B. licheniformis zurückgehen, wie in der genannten OE-Anm. angegeben wird* Besonders bevorzugt ist diejenige alpha-Amylase, die auf den B. ,licheniformis Stamm HCIB 8061 ziirückgeht. Andere spezifische Mikroorganismen sind beispielsweise die B. licheniformis Stämme NCIB 8059, MCO 6598, ATCC 6634-, ATCC 8480, ATCC 994-5A und ATCC 1194-5. Sie sind ungewöhnlich wirksam bei der Verflüssigung von körniger Stärke, ά. h. wenn sie in der Weise eingesetzt v/erden, daß im wesentlichen G-lukoamylase fehlt. Ein derartiges Enzym ist unter dem Warenzeichen "Thermamyl" von der ΪΓονο Enzyme Corporation, Mamroneck, Hew York, erhältlich. Für einen derartigen Einsatz sollte die alpha-Amylase in einer Konzentration zwischen ungefähr 0,1 und ungefähr 25 Einheiten/g Stärke (Trockenbasis) unter den vorstehend angegebenen Bedingungen bezüglich pH und Temperatur verwendet werden. Thermamyl läßt sich durch folgende Eigenschaften charakterisieren:

(a) das Produkt ist thermisch stabil;

(b) es ist innerhalb eines breiten pH-Bereiches aktiv und

(c) seine Aktivität und Wärmestabilität hängen weniger von dem Vorliegen von umgesetzten Kalziumionen ab als die entsprechenden Eigenschaften anderer alpha-Amylasen.

Typische Analysenwerte von drei verschiedenen Thermamyl Zubereitungen sind nachfolgend zusammengefaßt:

Thermamyl Thermamyl

60 120 Thermamyl

Trockensubstanz, % 35,4- 98,8 94-,6

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alpha-Amyl as e aktivität, U/g (wie es vorli egt)

1,156

2,105

9,124

26,5	21,2	21,	2
60,1	91,2	64,	4
0,04	0,72		9
12,3	12,2	—

Protein, % Trockenbasis

Asche, % Trockenb'asis Ealzium, % Trockenbasis Hatrium, % Trockenbasis

Weiter alpha-Amylasen, die verfügbar sind, sind beispielsweise folgende:

Tabelle I

Enzymzubereit ung	j?irma	Eorm	Aktivität
Bhozyme H-39	Rohm and Haas	Pulver	4,874 U/g
fakamine HT-1000	Miles	Pulver	3,760 U/g
Tenase	Miles	Flüssigkeit	2,043 U/ml
Dex-Lo MM	Wallerstein	Flüssigkeit	1,213 U/ml
Hovo SP-96	ΪΤονο	Pulver	7,310 U/g
Uovo B. subtilis	Νονό	Flüssigkeit	1,599 U/ml
Kleistase GM-16	Daiwa Easai	Pulver	26,593 U/g
Kleistase L-I	Daiwa Easai	Flüssigkeit	1,918 U/ml
Rapidase SP-250	Societe	Pulver	11,655 U/g
	"Eapidase"
	j?rance

Die einzusetzende Menge der bakteriellen alpha-Amylase schwankt zwischen ungefähr 0,1 und ungefähr 25 Einheiten pro g Stärke (Trockenbasis). Der Einsatz größerer Mengen bietet keine praktischen Vorteile Die erhöhte Stärkeaolubilisierung, die auf die Verwendung von mehr als 25 Einheiten pro g zurückgeht, rechtfertigt nicht die zusätzlichen Eosten des Enzyms. Die optimale Menge an alpha-Amyhängt von der G-luko amylas em enge ab (oder umgekehrt).

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Ein bevorzugter alpha-Amylasekonzentrationsbereich liegt zwischen ungefähr 1,0 und ungefähr 10 Einheiten pro g Stärke (Trockenbasis).

Die alpha~Ar;i.7/iaseaktivität eines Enzyms wird wie folgt bes timmt:

Das Enzym wird mit einer Standardstärkelösung unter gesteuerten Bedingungen zur Umsetzung gebracht. Die Enzymaktivität richtet sich nach dem Ausmaß der Stärkehydrolyse, die sich durch eine Verminderung des Jodverfärbungsvermögens zu erkennen gibt, das spektrophotoLietrisch gemessen wird. Die Einheit der Aktivität der bakteriellen alpha-Amylase ist die Enzyromenge, die zum Hydrolysieren von 10 mg Stärke pro Minute unter den Verfahrensbedingungen erforderlich ist. Die Methode : auf bakterielle alpha-Amyläsen anwendbar, einschließlich industrielle Zubereitungen, mit Ausnahme von Materialien, die eine ausgeprägte Verzuckerungsaktivität aufweisen. O₅5 bis 0,5 g einer festen Probe oder 0,3 bis 1,0 ml einer flüssigen Probe werden in einer ausreichenden Menge einer wäßrigen 0,0025 m Kalziumchloridlösung zur Gewinnung einer Enzymlösung aufgelöst, die ungefähr 0,25 Aktivitätseinheiten pro ml enthält.

Eine Mischung aus 10 ml einer 1 %igen Lintner-Stärkelösung, eingestellt auf 60 ⁰C und 1 ml der zu testenden Enzymprobe wird vermischt und in einem auf einer konstanten Temperatur von 60 ⁰C gehaltenen Bad während genau 10 Minuten behandelt. Eine 1 ml-Probe wird entnommen und einer Mischung aus 1 ml einer wäßrigen 1 m Chlorwasserstoffsäure und ungefähr 50 ml destilliertem Wasser zugesetzt. Das Jodverfärbungsvermögen einer derartig angesäuerten Probe wird dann in der Weise bestimmt, daß 3,0 ml einer 0,05 %igen wäßrigen Jodlösung zugesetzt werden, worauf unter Verwendung von 100 ml destilliertem Wasser verdünnt und gut vermischt wird. Die Extinktion

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der Lösung, und zwar gegenüber derjenigen von destilliertem Wasser, wird bei 620 mm in einer 2 cm-Zelle gemessen. Eine ähnliche Messung wird unter Verwendung der Standardstärkelösung durchgeführt (welcher Wasser anstelle der Enzymlösung zugesetzt wird), um die Extinktion einer Blindprobe zu ermitteln.

Die Enzymaktivität in Einheiten/g oder /ml entspricht der Beziehung

(Extinktion der Blindprobe - Extinktion der Probe) χ Verdünnung sf aktor χ 50

Extinktion der Blindprobe χ 10 χ 10

Führt man die vorstehend beschriebene Drei stuf enhydrolysemethode durch, dann erfordert die Stuf e C$ die Herstellung einer wäßrigen Aufschlämmung aus körniger Stärke und einer alpha-Amylase. Die Aufschlämmung kann nur diese Komponenten enthalten, sie kann auch eines oder mehrere verzuckernde Enzyme des vorstehend geschilderten Typs aufweisen. Das Vorliegen von Glukoamylase oder ß-Amylase in der Aufschlämmung der Stufe (a) erhöht die Solubilisierungsgeschwindigkeit der körnigen Stärke und verkürzt damit die erforderliche Dauer der Stufe. Die Zweckmäßigkeit der Einmengung von einem oder mehreren dieser Verzuckerungsenzyme in die wäßrige Aufschlämmung dieser Stufe des Verfahrens ist eine Sache des Abwägens der zusetzlichen Kosten der Enzyme gegenüber diesem günstigen Einfluß. Wird ein Verzuckern ngsenzym zur Durchführung dieser Solubilisierungsstufe verwendet, dann schwankt die eingesetzte Menge zwischen ungefähr 0,01 und 0,30 Einheiten Glukoamylase pro g Stärke (Trockenbasis) oder zwischen ungefähr 0,1 und ungefähr 5 Einheiten ß-Amylase pro g Stärke (Trockenbasis), 0"e nach dem vorliegenden Pail.

Der bei der Durchführung der Stufe (a) einzuhaltende pH-Wert richtet sich natürlich nach dem optimalen pH-Wert der jeweils

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eingesetzten alpha-Ainylase. Thermamyl zeigt seine optimale Aktivität "bei einem pH von 5 bis 7· Die optimale JLktivität von Rapidase liegt bei einem pH von ungefähr 6 etc. In denjenigen Fällen, auf die nachstehend näher eingegangen wird, in welchen ein Verzuckertmgsenzym bei der Durchführung der Stufe (a) mit der alpha—Amylase vcrvrendet wird, erfordert der tiefere pH-Wert, bei welchem diese Verzuckerungsenzyme ihreoptimale Aktivität besitzen (und bei welchem sie stabil sind) eine Abänderung des pH-Wertes auf den Wert, der am zweckmäßigsten dann eingehalten wird, wenn die alpha-Amylase allein verwendet wird. Beispielsweise zeigt G-lukoamylase ihre optimale Aktivität bei einem pH-Wert zwischen 4,0 und 4,5. ß-Amylasen besitzen ihre optimalen Aktivitäten bei etwas höheren pH-Werten, jedoch immer noch unterhalb demjenigen, bei welchem alpha-Amylasen am aktivsten sind. Es ist daher notwendig, einen pH-Wert auszuwählen, bei welchen die alpha-Amylase, falls sie allein eingesetzt wird, am aktivsten ist, oder bei einem pH-Wert zu arbeiten, bei welchem die verschiedenen Enzyme, wenn sie in Kombination verwendet werden, ihre optimale Gesamtaktivität entwickeln®

Zur Erzeugung von Glukose kann die eingesetzte G-lukoamylase

jede der bekannten Pilzamylasezubereitungen sein, insbesondere eine solche Zubereitung, die auf den Aspergillus genus, den Endomyces genus oder den Khizopus genus zurückgeht. Eine besonders bevorzugte Glukoamylase ist diejenige, die gemäß dem in der US-PS 3 042 584 beschriebenen Verfahren anfällt, bei dessen Durchführung eine Pilzamylasezubereitung von unerwünschter Transglukosidaseaktivität durch Behandlung in einem wäßrigen Medium mit einem tonmaterial befreit wird. Die Gesamtmenge an zu verwendender Glukoamylase schwankt zwischen ungefähr 0,05 und ungefähr 5jO Einheiten pro g Stärke (Trokkenbasis). Vorzugsweise werden unter Abwägung der Enzymkosten sowie der Wirkungsweise ungefähr 0_$05 bis ungefähr 0,3 Einheiten Glukoamylase pro g Stärke (Trockenbasis) verwendet.

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Die Glükoamylaseaktivitätseinheiten werden wie folgt bestimmt:

Das Substrat ist ein saures Maisstärkehydrolysat mit einem Dextroseäquivalent von 15 bis 18, das in Wasser aufgelöst und auf 4,0 g Trockensubstanz pro 100 ml Lösung verdünnt ist. Genau 50 ml der Lösung werden in einen 100 ml Kolben pipettiert. Dem Kolben werden 5*0 ml einer 1,0 molaren Natriumacetat/Essigsäure-Pufferlösung (pH : 4,3) zugesetzt. Der Kolben wird in ein auf eine Temperatur von 60 ⁰C gehaltenes Wasserbad gestellt. Nach 10 Minuten wird die entsprechende Menge der Enzymzubereitung zugesetzt. Genau 120 Minuten nach der Zugabe der Enzymzubereitung wird die Lösung auf einen Phenolphthalein endpunkt mit einer 1 η Natriumhydroxidlösung eingestellt. Die Lösung wird dann auf Zimmertemperatur abgekühlt und auf das entsprechende "Volumen verdünnt. Ein reduzierender Zuckerwert, berechnet aus Dextrose, wird unter Verwendung der verdünnten Probe sowie einer Vergleichsprobe bestimmt, der keine Enzymzubereitung zugesetzt worden ist. Die Glukoamylaseaktivität errechnet sich wie folgt:

2 X E

A = Glukoamylaseaktivitätseinheiten pro ml (oder pro g) der

Enzymzub ereitung;
S = reduzierende Zucker in der durch Enzym umgewandelten Probe, g pro 100 ml;

B = reduzierende Zucker in der Vergleichsprobe, g pro 100 ml; E = Menge der verwendeten Enzymzubereitung, ml (oder g)

"S" sollte nich 1,0 g pro 100 ml übersteigen.

Die Temperatur der Eeaktionsmischung, die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt wird, sollte,

wie "bereits erwähnt wurde, zwischen der normalen Anfangsgelatinisierungstemperatur und der tatsächlichen Gelatinisierungstemperatur der Stärke liegen. Gewöhnlich bewegt sich die Temperatur an dem oberen Ende dieses Bereichs. Ein besonderer Yorteil dieses Verflüssigungsverfahrens besteht darin, daß nohe Temperaturen vermieden werden. Dies ermöglicht beträchtliche Kosteneinsparungen im Hinblick auf die Zufuhr von Wärme zu dem Verfahren und setzt die Bildung von 3?arbkörpern auf ein Minimum herab, so daß Reinigungskosten eingespart werden. Es ist interessant, daß dieses Verflüssigungsverfahren bei Temperaturen oberhalb der normalen ünfangsgelatinisierungstemperatur der Stärke ohne merkliche Gelatinisierung durchgeführt werden kann, die sich durch eine Erhöhung der Viskosität zu erkennen gibt. Trotz der Tatsache, daß beispielsweise der Maisstärke ein Geiatinisierungstemperaturbereich von 62 bis 72 ⁰G zugeschrieben wird, wobei es sich im. ihren "normalen" Gelatinisierungstemperaturbereich handelt, kann das erfindungsgemäße Verflüssigungsverfahren unter Einsatz von Maisstärke bei Temperaturen von bis zu ungefähr 80 ⁰C durchgeführt werden, ohne daß dabei eine merkliche Viskositätserhöhung eintritt. Es ist gewöhnlich zweckmäßig, das Verflüssigungsverfahren bei diesen höheren Temperaturen durchzuführen, und zwar infolge der erhöhten Solubilisierungsgeschwindigkeit sowie des gesteigerten Solubilisierungsgrades der Stärke.

Wird die Verflüssigungsreaktion bei Temperaturen durchgeführt, welche die normale infangsgelatinisierungstemperatur der Stärke übersteigen, dann ist es zweckmäßig, daß Hydrolyseprodukte während der Reaktion vorliegen. Eine Möglichkeit zur Erreichung dieses Zieles besteht darin, das bzw. die Enzym(e) der Stärke bei einer Temperatur zuzusetzen, die der Anfangsgelatinisierungstemperatur entspricht oder niedriger als diese Temperatur ist, und anschließend die Mischung auf die gewünschte Temperatur zu erhitzen.

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Die Auswahl des pH-Wertes hängt von den jeweils zur Durchführung des Verfahrens eingesetzten Enzymen ab. In idealer Weise entwickeln das Verdünnungsenzym sowie das Verzuckerungsenzym ihre optimalen Aktivitäten bei dem gleichen pH, in der Praxis ist es jedoch unwahrscheinlich. Glukoamylase ist natürlich .das Verzuckerungsenzym, daß zur Herstellung von Glukosesirupen und Dextrose verwendet wird, wobei seine optimale Aktivität bei einem pH von ungefähr 4-, 5 entwickelt wird. Andererseits zeigt Thermamyl seine optimale Aktivität bei einem pH von 5j5 bis 7 und nsb bei einem pH unterhalb 5 nichtin einem ausreichenden Ausmaße aktiv, um die gewünschte Stärkesolubilisierung zu begünstigen. Das gleiche gilt ganz allgemein bezüglich der anderen alpha-Amylasen. Daher ist ein geeigneter pH-Wert im Hinblick auf eine Glukose- oder Dextrose erzeugung ein solcher, der in einem Bereich von ungefähr 5jO bis ungefähr 7,0 fällt, d. h., ein solcher Bereich, in welchem die Glukoamylase und alpha-Amylase jeweils in geeigneter Weise aktiv sind.

Um eine Verzuckerung zur Erzeugung von Sirupen mit hohem Maltosegehalt durchzuführen, muß natürlich ein maltogenes Enzym als Verzuckerungsenzym eingesetzt werden.

Das maltogene Enzym, d. h. ß-Amylase, kann auf gemalzte Getreide zurückgehen, beispielsweise auf Gerste, Sorghum, Sojabohnen, süße Kartoffeln oder Weizen. Gerstenmalz ist aus einer Vielzahl von Quellen unter verschiedenen Bezeichnungen erhältlich, beispielsweise unter den Bezeichnungen Fromalt sowie Maltamylase PF. Biozym M, ein Pilzenzym, ist ebenfalls geeignet. Die Gesamtmenge an einzusetzender ß-Amylase bei der· Durchführung der Verzuckerungsstufen zur Erzeugung eines Sirups mit einem hohen Maltosegehalt schwankt von ungefähr 0,1 bis ungefähr 5 Einheiten pro g Stärke (Trockenbasis).

Die ß-Amylaseaktivitätseinheiten werden wie folgt bestimmt:

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eine 5jO g-Pröbe eines ß-Amylasematerials, das so fein vermählen worden ist, daß es durch ein 20 mesh Sieb hindurchgeht, wird in einen 100 ml Kolben eingebracht und in 70 bis 80 ml destilliertem Wasser suspendiert. Diese Mischung wird während einer Zeitspanne von 5 Stunden bei Zimmertemperatur gerüfcn?t, mit genau 100 ml destilliertem Wasser verdünnt und einer Schwerkraftfiltration durch ein Whatiaan-Pilterpapier (Mr. 12) untersogen. Eine 10 ml-Probe des Enzymextrakts (Filtrat) wird mit destilliertem Wasser auf 100 ml verdünnt.

Eine ungefähr 8 %ige (bezogen auf das Gewicht) Lösung eines Maisstärkehydrolysat mit einem Dextroseäquivalent von 15 bis 20 wird in der Weise hergestellt, daß auf i 0,01 g einer bestimmten Menge einer wäßrigen Lösung eines derartigen Stärkehydrolysats zur Bereitstellung von ungefähr 40 g des trockenen Materials ausgewogen wird. Dieses Material wird quantitativ in einen 500 ml Titrierkolben überführt, worauf der Kolben aufgefüllt wird. Dann wird gründlich vermischt. Eine 50 ml Probe einer derartigen Stärkehydrolysatlösung wird in einen 100 ml Tit-rierkolben pipettiert, worauf 5 ml einer Natriumacetatpufferlösung zugesetzt werden. Die Temperatur der erhaltenen Lösung wird auf 50 ⁰C erhöht, worauf ein^Aliquot des vorstehend geschilderten verdünnten Enzymextrakts in den Kolben pipettiert wird. Eine ähnliche Blindlösung, d. h., eine Lösung, in welcher destilliertes Wasser anstelle des verdünnten Enzymextrakts eingesetzt wird, wird hergestellt.

Fach 55 bis 57 Minuten werden 5 Tropfen Phenolphthaleinindikator jedem Kolben zugesetzt. Nach genau 60 Minuten werden die Kolben aus dem auf einer Temperatur von 50 ⁰G gehaltenen Bad entfernt und sofort bis zur ersten schwachen rosa-I?ärbung durch Zugabe einer wäßrigen Natriumhydroxidlösurig plus weiteren 0,5 nil neutralisiert. Die Kolbeninhalte werden dann auf Zimmertemperatur abgekühlt, anschließend mit destilliertem Wasser aufgefüllt, worauf gründlich vermischt wird. Der Gehalt an

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reduzierendem Zucker von 5,0 ml Aliquot wird unter Anwendung der Schoorl-Methode "bestimmt. Die Berechnung der Enzymaktivität in Einheiten pro g Trocken stärke wird wie folgt durchgeführt:

A. Gehalte an reduzierendem Zucker:
Gesamtgehalt an reduzierendem Zucker, g =

Xmg des reduzierenden Zuckers in einem 5 ml Aliquot) χ 20

1000

B. Enzymaktivität, Einheiten/g =

Probe des reduz. Zuckers, g - Bindpr. des reduz. Z., .Gewicht der Probe, g χ Aliquot-Volumen, ml

Bezüglich des vorstehend geschilderten Dreistufenhydrolyse™ Verfahrens ist zu bemerken, daß die Temperatur der Reaktionsstufe (a), wie angegeben worden ist, zwischen ungefähr 40 ⁰G und der tatsächlichen Gelatinisierungstemperatur der Stärke schwanken sollte. Gewöhnlich liegt die Temperatur innerhalb eines Bereiches von ungefähr 55 bis ungefähr 75 °C· Ein besonderer Vorteil dieser Hydrolysemethode besteht darin, daß längere höhere Temperaturen vermieden werden, wobei die bereits diskutierten Vorteile erzielt werden.

Wird die Stufe (a) des Drei stuf enhydrolysev erfahr ens bei Temperaturen durchgeführt, welche die Anfangsgelatinisierungstemperaturen der Stärke überschreiten, dann ist es zweckmäßig, daß während der Reaktion Hydrolyseprodukte vorliegen. Eine Möglichkeit zur Erreichung dieses Ziels besteht darin, das bzw. die Enzyme der Stärke bei einer Temperatur zuzugeben,

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die der Anfangsgelatinisierungstemperatur entspricht oder niedriger als diese Temperatur ist, worauf die Mischung auf die gewünschte Temperatur erhitzt wird.

Anschließend an die Stufe (a) des Breistufenhydrolyseverfahrens, bei dessen Durchführung eine wäßrige Aufschlämmung bei einer Temperatur solubilisiert wird, die eine Gelatinisier-ung vermeidet, wird die Mischung während der Stufe (b) auf eine Temperatur oberhalb der Gelatinisierungstemperatur erhitzt, so daß die restliche Stärke vollständig gelatinisiert wird. Zu diesem Zeitpunkt, an welchem wenigstens ungefähr 10 % der körnigen Stärke solubilisiert sind, hat eine Gelatinisierung der restliehen Stärke keine Erhöhung der Viskosität der Mischung bis su einem solchen Funkt zur Polge, daß eine spezielle Mischvorrichtung erforderlich ist. Daher wird der unangenehme "Viskositätspeak", der gewöhnlich bei der GeIatinisierung von Stärke auftritt, vermieden. Die Dauer dieser Gelatinisierungsstufe ist kurz. Die Gelatinisierung ist gewöhnlich nach 8 oder 10 Minuten beendet. In einigen Fällen, und zwar ge nach dem Ausmaß der Solubilisierung bei der Durchführung der Stufe (a), kann diese Gelatinisierungsstufe etwas langer dauern, beispielsweise bis su ungefähr 60 Minuten.

Die Temperatur, bei welcher diese Gelatinisierungsstufe durchgeführt wirds kann zwischen ungefähr 85 °G und ungefähr 150 ⁰C schwanken, sie liegt jedoch gewöhnlich zwischen ungefähr 100 ⁰G und ungefähr 115 ⁰C.

Anschließend an die Stufe (b), und zwar die Gelatinisierungsstufe, wird die Temperatur zur Durchführung der Stufe (c) auf einen Wert von ungefähr 50 bis ungefähr 65 ⁰C herabgesetzt. Diese Temperatur wird während einer Zeitspanne von ungefähr 40 bis ungefähr 120 Stunden aufrechterhalten. Auch der pH-Wert wird derartig eingestellt daß optimale Yerzuckorungsbedingungen geschaffen werden. Wird Glukoamylase als Yerzuckerungs-

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enzym verwendet, dann wird der pH-Wert auf einen Bereich, innerhalb von ungefähr 4,0 "bis ungefähr 4,5 herabgesetzt. Wird ß-Amylase als Verzuckerungsenzym eingesetzt, dann wird der pH-Wert auf einen Wert zwichen ungefähr 4,0 und 6,0 eingestellt. In einigen Fällen können die pH-Werte der Stufen (a) und (c) in zweckmäßiger Weise die gleichen sein.

Gegebenenfalls kann die Mischung dann, wenn das Verzuckerungsenzym aus Giukoamylase besteht, nach der Herabsetzung der Temperatur der gelatinisierten Mischung, jedoch vor dem Einstellen des pH-Wertes, bei dem höheren pH-Wert der Stufe (a) während einer Zeitspanne von 1 bis 6 Stunden gehalten werden. In einigen Fällen ist dies wirksam, um die Gesairfzeitspanne herabzusetzen, die zur Erzeugung einer maximalen Dextrosemenge erforderlich ist.

In einigen Fällen ist es zweckmäßig, ein Isoamylaseenzym, wie beispielsweise Pullulanase, entweder bei der Solubilisierungsstufe (a) oder der Verzuckerungsstufe (c) oder bei beiden Stufen zu verwenden. Die Isoamylasemenge kann zwischen ungefähr 0,10 und ungefähr 0,5 Einheiten pro g Stärke schwanken. Die Verwendung von beispielsweise Pullulanase hat die Wirkung, daß die Solubilisierung gesteigert und die Filtration des fertigen Hydrolysats erleichtert wird.

Das Stärkehydrolyseprodukt kann in der üblichen Weise aufgearbeitet werden, beispielsweise durch Eonzentrieren und Kristallisieren.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Methode der Ultrafiltration angewendet. Durch Auswahl einer geeigneten semipermeablen Membran werden das Enzym sowie die nicht umgesetzte Stärke vollständig von der Membran zurückgehalten, während das Dextroseprodukt, das ein niedrigeres •Molekulargeviiclit "besitzt, bei seiner Bildung die Membran passiert«,

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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform enthält die Stärkeumwandlungsmischung ein anionisches grenzflächenaktives Mittel. In bestimmten Konzentrationen erhöht das grenzflächenaktive Mittel den Solubilisierungsgrad sowie die Ausbeute des Monosacoharids und/oder des Disaccharide, und zwar in Konzentrationen von ungefähr 0,01 bis ungefähr 1,0 %. Die besten Ergebnisse werden bei einer Konzentration des anionischen grenzflächenaktiven Mittels von ungefähr 0,05 bis ungefähr 0,50 % erhalten. Typische anionische grenzflächenaktive Mittel, die erfindungsgemäß geeignet sind, sind beispielsweise Natriumlaurylsulfat, Natriumdodecylbenzolsulfonat, Natrium-Wachs-subst. -Naphthalinsulfonat, Natriumstearat sowie Triäthanolaminalkylsulfonate, wobei die Alkylgruppe auf Alkohole zurückgeht, welche durch die Reduktion von Talg- oder Kokosnußglyceride erhalten werden. Im allgemeinen sind die erfindungsgemäß infrage kommenden anionischen Dispergiermittel wasserlösliche Salze mit einer Alkylgruppe, die ungefähr 8 bis ungefähr 20 Kohlenstoffatome enthält, einem Sulfonsäure- oder Schwefelsäuresterrest, wobei als Kation Natrium, Kalium, Ammonium oder aliphatisches Amin mit weniger als 10 Kohlenstoffatomen infrage -kommt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird zur Erzeugung von Glukose das Verfahren in zwei Stufen in bezug auf den pH-Wert der Stärkeumwandlungsmischung durchgeführt. Die erste Stufe entspricht der vorstehend beschriebenen, d. h. der pH wird bei einem Wert von ungefähr 5>0 bis ungefähr 7,0 solange gehalten, bis wenigstens ungefähr 10 % der Stärke solubilisiert worden sind, wobei vorzugsweise solange gewartet wird, bis die Solubilisierung der Stärke gleichmäßig zu verlaufen beginnt. Dies erfolgt in den üblichen lallen nach ungefähr 16 Stunden. Die Umwandlungsmischung kann zu diesem Zeitpunkt gegebenenfalls filtriert werden. Ber pH wird auf einen Wert innerhalb eines Bereiches von ungefähr 4,0 bis ungefähr 5»0 eingestellt. Innerhalb dieses Bereiches ist die

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Aktivität der Glukoamylase größer als "bei höheren pH-Werten, wobei das Gesamtergebnis eine etwas erhöhte Dextroseausbeute ist.

Eine "besonders bevorzugte Ausführungsform, \irelche die Bildung von erheblichen Mengen an Dextrose zur Folge hat, besteht in folgenden Stufen: (1) Rühren einer Mischung aus körniger Starke, Wasser und einer bakteriellen alpha-Amylase bei einer Temperatur zwischen der normalen Anfangsgelatinisierungstemperatur der Stärke und der tatsächlichen Gelatinisierungstemperatur der Stärke sowie bei einem pH von ungefähr 5₉O bis ungefähr 7*0 zur Umwandlung von \tfenigstens 10 % der Stärke in ein lösliches Hydrolysat und (2) Einstellung der Temperatur auf 50 bis 65 ⁰G sowie des pH-Wertes auf 4,0 bis 4,8 und Zugabe von Glukoamylase, um das lösliche Hydrolysat zu verzuckern.

Die Stufe (1) erfordert im allgemeinen ungefähr 12 Stunden, während die Stufe (2) gewöhnlich eine wesentlich längere Zeit erfordert, d. h. ungefähr 24 Stunden bis ungefähr 120 Stunden. In einigen 3?ällen ist es zweckmäßig, Glukoamylase der Mischung der Stufe (1) zuzusetzen. Die Mengen der in Stufe (T) eingesetzten alpha-Amylase und Glukoamylase sind die gleichen, wie sie vorstehend bezüglich der Umwandlung von körniger Stärke in lösliches Hydrolysat in einer Stufe angegeben worden sind.

Die vorstehend angegebene zusätzliche Menge an Glukoamylase, die zur Durchführung der zweiten Stufe eingesetzt wird, schwankt von ungefähr 0,1 bis ungefähr 1,0 Aktivitätseinheiten pro g der trockenen Stärke.

Das Stärkehydrolyseprodukt kann in der üblichen Weise aufgearbeitet werden, beispielsweise durch Konzentrieren und Kristallisieren,

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Eine typische Arbeitsweise zur Durchführung einer enzymatischen Hydrolyse, wie sie vorstehend geschildert worden ist, ist folgende:

Eine Aufschlämmung, die 125 Teile Stärke (Trockenbasis) sowie 350 Seile destilliertes Wasser enthält, wird in einem 1 1-Becher aus rostfreiem Stahl hergestellt, Kalzium wird gegebenenfalls zugesetzt (vile im Palle der Verwendung von anderen alpha-Amylasen als Thermamyl), und zwar in Form einer wäßrigen Kalziumchloridlösung, die 40 mg Kalzium pro ml enthält, um die Gesamtmenge an Kalzium, die in der Aufschlämmung vorliegt, um 100 ppm zu erhöhen (die Stärke enthält etwas Kalzium, desgleichen die alpha-Amylase). Der pH-Wert wird auf 5» 5 durch die Zugabe einer verdünnten wäßrigen ITatriumhydroxidlösung eingestellt. Bakterielle alpha-Amylase sowie Glukoamylase werden zugesetzt, worauf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung auf 500 Seile durch die Zugabe von destilliertem Wasser eingestellt wird. Der Becher wird in ein Wasserbad gestellt, worauf sein Inhalt gerührt und auf 60 bis 75 °C erhitzt wird. Der Becherinhalt wird bei dieser Temperatur während der angegebenen Reaktionszeit gehalten. Der pH-Wert wird periodisch überprüft und erforderlichenfalls erneut auf 5s5 eingesia.lt, Bas Produkt wird dann filtriert, worauf der Filterkuchen gewasohen₅ getrocknet und gewogen wird_s um die Henge an nicht solubilisierter Stärke zu ermitteln. Sie nachfolgend angegebenen Werte, die unter Einhaltung dieser Methode erhalten werden, erläutern diesen Sachverhalt. In Jedem Falle basieren die Werte auf der Verwendung einer 25 bis 30 %igen wäßrigen Aufschlämmung einer körnigen Haisstärke bei einem pH von 5?5 sowie einer Temperatur von 65 Ms 75 °G_e

Werden die Umwandlungen bei 65 bis 75 Q &m?ehge:£uhrt (deutlich, oberhalb der für Maisstärke angegebenen Anfangs-

gelatinisierungstemperatur), dann "behält die nicht solubi— lisierte Stärke ihre körnige Struktur während der Umwandlung hei.

	Stärke	Tabelle	GA^C	II	Tempe-	% Pest-,
Ver	konzen tration,	Enzymdo-	0,25	Zeit,	ratur	stoffe^α
such Nr.	30	of sis^a BAA^b	0,14	Stunden	65 ⁰C	74,8
1	30	2 Th^e	0,25	24	65 ⁰O	76,4
2	30	2 Th	0,14	24	70 °c	89,2
3	30	2 Th ·	0,14	24	70 ⁰C	88 ,7
4	25	2 Th	0,14	24	7^ ⁰C	97,6
VJI	25	2 Th	0,14	26^f	75 ⁰C	94,8
6	25	2 Th	0,14	50^s	75 ⁰C	96,1
7	25	10 B-221¹¹	0,14	_orf 26	75 ⁰O	96,4
8	25	10 B-221	0,14	50^s	65 ⁰C	80,4
9	25	2 Th	0,14	25	70 ⁰C	89,2
10	25	2 Th	0,25	24	75 ⁰C	93,2
11	30	2 Th	22	65 ⁰C	77,0
12	2 Th	48¹

a) Einheiten pro g Stärke
"b) "bakterielle alpha-Amylase

c) Glukoamylase

d) % solubiliäerte Stärke

e) Thermamyl

f) 60 - 75 ⁰C während einer Zeitspanne von 2 Stunden, 75 °0 während einer Zeitspanne von 24 Stunden

g) 60 ⁰C während einer Zeitspanne von 24 Stunden, dann wie ■unter (f)

h) zurückgehend auf einen Bacillus subtilis Mikroorganismus mit einer Aktivität von 3910 U/g

i) 60 ⁰C während einer Zeitspanne von 24 Stunden, 65 ⁰O während 24 Stunden. 409842/0916

Der solubilisierende Einfluß von alpha-Amylasen allein auf
körnige Stärke bei den erfindungsgemäß vorgesehenen höheren Temperaturen geht aus den Werten hervor, die in der tabelle III zusammengefaßt sind. In jedem Falle wird eine Stärkeaufschlammung, die 25 oder 30 % körnige Stärke enthält,
mit einer alpha-Amylase bei 60 bis 75 °G bei einem pH-Wert
von 5,5 während ungefähr 25 Stunden gerührt.

	Stärke	Tabelle	III	24-	Tempera	% jTes
Ver	konzentra tion, %	Enzymdo- Zei t,	24-	tur, °C	stoff
such Nr.	30	sis^a BAl Stunden	26°	65	61,1
1	30	2 Th	26°	70	72,9
2	25	2 Th	26^C	75	94-, 7
3	25	1 Th	26°	75	96,6
4-	25	2 Th	26°	75	97,3
5	25	10 Th	26^C	75	89,8
6	25	1 Tenase		75	93,0
7	25	2 Tenase	75	95,2
8	10 Tenase

a) Einheiten pro g Stärke

b) % der solubilisierten Stärke

c) 60 bis 75 °C während 2 Stunden, 75 ⁰C während 24- Stunden

Wie weiter oben ausgeführt worden ist, sieht eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung die Herstellung
von Dextrose über ein Zweistufenverfahren vor: in der ersten Stufe wird die körnige Stärke in ein Stärkehydrolysat durch Behandlung mit einer alpha-Amylase überführt, und zwar entweder allein oder in Kombination mit Giukoamylase bei einer

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Temperatur zwischen der normalen Anfangs-Gelatinisierungstemperatur imdder tatsächlichen Gelatinisierungstemperatur der Stärke sowie bei einem pH von 5 his 7» v/o rauf während der zweiten Stufe die Temperatur auf 50 his 65 ⁰C und der pH-Wert auf 4,0 his 4,8 herabgesetzt und weitere Glukoamylase zugesetzt wird. Diese Bedingungen werden während einer Zeitspanne von 24 bis 120 Stunden aufrechterhalten. Die bei einem derartigen Zweistufenverfahren erhaltenen Werte, wobei die Kombination aus alpha-Amylase und Glukoamylase während der Durchführung der ersten Stufe eingesetzt wird, geht aus der Tabelle IV hervor. In jedem Falle enthält die Stärkeaufschlämmung 25 % Stärke. In der zweiten Stufe wird eine weitere 0,14 Glukoamylaseeinheit nach einer Einstellung der Temperatur auf 60 ⁰C sowie des pH-Wertes (von 5,5 in der ersten Stufe) auf 4,3 zugesetzt.

Tabelle IV

Versuch

Nr.

1. Stufe

2. Stufe¹

1 wie unter Nr. 5 in Tabelle II

2 " " " 6 " " II

■z It !i ti η it st Jj

4 " " "8 " " II

C Il It tt η It It JJ

6 " " " 10 " " II

7 2Th₊ 0,14 GA bei 73°C
während 24 Stunden

8 2Th + 0,14 GA bei 73°C

während 12 Stunden

9 2Th + 0,14 GA bei 95 °C

während 12 Stunden

wie unter Nr. 11 in Tabelle II

Std.

"
"

"

Dextrose

90,5 Std.
Std.
Std.

"
"

95,3 95,6

94,9 96,2 97,6 98,4

96,5 96,5

96,8 95,8

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a) 0,14- GA "bei 60 ⁰C

t>) bezogen auf den Fe st stoff gehalt in dem Eil trat.

Weitere Werte, die "bei der Durchführung ähnlicher Versuche erhalten werden, bei deren Ausführung alpha-Amylase allein zur Durchführung der ersten Stufe eingesetzt wird, gehen aus der Tabeile V hervor. In jedem Falle enthält die Stärkeaufschlämmung 50 % Stärke.

Tabelle Y

Versuch
Nr.

1. Stufe % Feststoffe

2. Stufe

% Dextrose^a

2 Ih bei 60-75 0 während einer Zeitspanne von 2 Stunden, 75 C während einer Zeitspanne von 24 Stunden, pH 5»5

2 Th bei 60⁰C während 24· Std., 60-75 0. während 2 Std., 75°C während 24 Std., pH 5,5 10 B-221 bei 6O-75°<? während 2 Std., 75 C 0,14- GA bei 60⁰G
während einer
Zeitspanne von
120 Stunden,
pH 4,3

0,14- GA bei 60⁰C
während 96 Std.,
pH 4,3

97,2 95,3

96,2 95,2

während 24· Std., pH 5,5 pH 4-,3

0,14- GA bei 60⁰C 94,2 während 120 Std.,

10 B-221 bei 60°C während 24- Std., 60-75XC während 2 Std., 75 0 während 24 Std., pH 5,5

2 KLeistase bei 60-75 °C während 2 Std., 75 C während 24 Std., pH 5,5

10 Kleistase bei 60 75_ft C während 2 Std., 75°C während 24 Std., pH 5,5

0,14- GA bei 60 C 95,1 während 96 Std.,
pH 4,3

0,14- GA bei 60⁰C 93,2 während 96 Std.,
pH 4,3

0,14- GA bei 60⁰C 94,9 während 96 Std.,
pH 4,3

94,8

93,3

94-, 8

93,2

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a) "bezogen auf die Feststoffe in dem Filtrat.

Das erfindungsgemäße Breistufenverfahren wird durch die folgenden Beispiele erläutert, die jedoch die Erfindung nicht beschränken sollen.

Beispiel 1

Eine StärkeaufscW-ämmung, die 32 % einer körnigen Maisstärke, 2,4 Einheiten Thermamyl pro g Stärke und 0,07 Einheiten Glukoamlyse pro g Stärke enthält, wird auf 60 ⁰C erhitzt, während der pH auf 5»7 eingestellt wird. Dieser Aufschlämmung werden 150 ppm Ca⁺* in Form von CaCl₂ sowie 300 ppm Cl"" in Form von NaCl zugesetzt.

Die Aufschlämmung wird unter Rühren unter diesen Bedingungen während einer Zeitspanne von 5 Stunden digeriert, worauf sie ein Dextroseäguivalent von 22 aufweist. 58 % der Stärke bleiben ungelöst.

Die Aufschlämmung wird auf 105 °C während einer Zeitspanne von 10 Minuten erhitzt und dann auf 60 ⁰C abgekühlt, worauf

Einheiten Glukoamylase pro g Stärke zugesetzt werden. Die Mischung wird unter diesen Bedingungen während einer Zeitspanne von 24 Stunden gerührt, worauf der pH auf 4,2 eingestellt wird. Das Rühren wird während einer Zeitspanne von 42 Stunden foidgesetzt. Zu diesem Zeitpunkt weist die Mischung ein Dextroseäquivalent von 97»4- auf und enthält keine nicht gelöste Stärke.

Beispiel 2

Die in Beispiel 1 beschriebene Methode wird wiederholt,mit des· Ausnahme, daß die erste Periode der Stärkedigerierung "bei einem pH von 5?? während einer Zeitspanne von 25 Stunden

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und nlciit von 5 Stunden durchgeführt wird, während die zweite Periode 5 Stunden und nicht 24 Stunden dauer-t. Die erhaltene Aufschlämmung besitzt ein Dextroseäquivalent von 56₁ wobei 39 % der Stärke ungelöst zurückbleiben. Bas Endprodukt weist ein Dextroseäquivalent von 97? 3 und enthält keine ungelöste Stärke.

Eine Stärkeaufschläarmungj die 32 % körnige Stärke, 2,5 Einheiten ThermaEyl pro g Stärke ttnd 0,04 Einheiten. Glufeoamylass pro g Stärke enthält, wird unter ¹RUlIren auf 60 ⁰C erhitzt, wobei der pH-Wert 5_S7 "beträgt_s während einer Zeitspanne von 4 Stunden erhitzt, worauf 20_s8 % der Stärke solubilisiert sind. Die Aufschläimnung wird dann auf 100 ⁰G während einer

Zeitspanne von 10 Minuten erhitzt und dann auf 60 ⁰G während einer Seitspanne von 6 Stunden gehalten,, wobei weitere 0_?14 G-lukoamylaseeinheiten zugegeben werden. Der pH~¥ert wird auf 4,2 eingestellt j viorauf das Rühren während einer Zeitspanne von weiteren 62 Stunden durchgeführt wird. Das End- produkt enthält 1,0 % nicht gelöster Stärke. Die Dextroseausbeute beträgt 94,2 %.

Beispiel 4

Eine Stärkeauf schläimaung, die 30 % körnige Stärke, 2,0 Einheiten Ktennamyl pro g Stärke und O_}25 Einheiten Glukoamylase pro g Stärke enthält_s wird unter Rühren bei 60 ⁰G bei einem pH-Wert von 3 »5 während einer Zeitspanne von 24 Stunden erhitst_s worauf 69,9 % der Stärke solubilisiert sind« Bie AufscM.asBEimg wird dann auf 100 ⁰C während einer Zeitspanne von 60 Minuten erhitzt und anschließend bei einem weiteren Zusats Yon 0,14 Einheiten Glukoamylase auf 60 ⁰C sowie bei e pH-Wert? von. 4_fJ während einer Seitspanne von. 4-7 Stimden. Das

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Endprodukt enthält 1,0 % ungelöster Stärke. Die Dextroseausbeute wird zu 94-,6 % ermittelt.

Beispiel 5

Eine »Stärkeaufschläinmung, die 32 % körnige Stärke und 2,0 Einheiten Thermamyl pro g Stärke enthält, wird unter Eühren während einer Zeitspanne von 16 Stunden auf 65 ⁰C sowie bei einem pH-Wert von 5»5 v&& anschließend auf eine Temperatur von 102 ⁰C während einer Zeitspanne■von 30 Minuten erhitzt. Die erhaltene Mischung wird auf 55 ⁰C abgekühlt, worauf 2,5 Einheiten (pro g Stärke) Biozyme M (ß-Amylase) zugesetzt werden. Diese Bedingungen bezüglich pH (3_t5>) "und Temperatur {35> C) werden unter kontinuierlichem Eühren während einer Zeitspanne von 48 Stunden aufrechterhalten. Das erhaltene Hydrolysat zeichnet sich durch folgende Analysenwerte aus:

Dextroseäquival ent 45,3

Dextrose 3 %

Maltose 54 %

Maltotrose 29 %

Maltotetrose 1 %

höhere Polysaccharide 13 %

Beispiel 6

Eine Stärkeaufschlämmung, die 32 % körnige Stärke, 2,4 Einheiten Thermamyl pro g Stärke und 1,25 Einheiten Biozyme M pro g Stärke enthält, wird unter Eühren auf 102 ⁰O während einer Zeitspanne von 30 Minuten erhitzt. Die Temperatur wird auf 58 ⁰C herabgesetzt, worauf weitere 2,5 Einheiten Biozyme M zugesetzt werden. Diese Temperatur wird unter forgesetztem Eühren während weiterer 20 Stunden aufrechterhalten. Das erhaltene Hydrolysat zeichnet sich durch folgende Analysenwerte aus:

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Dextro seäquiYal ent 4-3

Dextrose 4-, 5

Maltose 4-7 %

llaltotrose 27 %

Haitotetrose 2 %

höhere Polysaccharide 19,5

Alle Teil- Und Prozentangaben "beziehen sich, sofern nicht anaers angegeben ist, auf das Gewicht.

Patentansprüche %

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Claims

- 29 P a t e η t anspräche

2/ Verfahren zur Umwandung einer körnigen Stärke in ein lösliches Hydrolysat, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus körniger Stärke, Wasser und einer alpha-Amylase bei einer Temperatur zwischen der normalen Ausgangsgelatinisierungstemperatur und der tatsächlichen Gelatinisierungstemperatur der Stärke sowie bei einem pH von ungefähr 4,0 bis ungefähr 7,0 bewegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Stärke aus Maisstärke besteht.

5. Verfahren zur Umwandlung von körniger Stärke in ein lösliches Hydrolysat, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus körniger Stärke, Wasser und alpha-Amylase, die auf Bacillus licheniformis zurückgeht, bei einer Temperatur von ungefähr 40 ⁰C bis zu der Gelatinisierungstemperatur der Stärke und bei einem pH von ungefähr 4-,O bis ungefähr 7»0 bewegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzte Stärke aus Maisstärke besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Stärke zwischen ungefähr 3 und ungefähr 40 % schwankt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3t dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der alpha-Amylase zwischen ungefähr 0,1 und ungefähr 25 Aktivitätseinheiten pro g Stärke schwankt.

?. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzte alpha-Amylase aus einer bakteriellen alpha-Amylase besteht»

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8. Verfahren nacli .Anspruch. 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlungsmischung auf einer Temperatur von ungefähr 60 ⁰C bis au der tatsächlichen Gelatinisierungstemperatur der Stärke erhitzt wird.

9. Verfahren zur Umwandlung einer Stärke in ein lösliches Hydrolysat, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus körniger Stärke, Wasser, einer "bakteriellen alpha-Amylase und einer Glukoamylase bei einer Temperatur zwischen der normalen Anfangsgelatinisierungstemperatur und der tatsächlichen Gelatinisierungstemperatur der Stärke sowie bei einem pH-Wert von ungefähr 4-,O bis ungefähr 7»0 bewegt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9j dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzte Stärke aus Maisstärke besteht.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Stärke zwischen ungefähr 5 ¹¹^i ungefähr 40 % schwankt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch' gekennzeichnet, daß die Menge der eingesetzten bakteriellen alpha-Amylase derartig ist, daß ungefähr 0,1 bis ungefähr Aktivitätseinheiten pro g Stärke zur Verfügung gestellt werden.

13· Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der eingesetzten Glukoamylase derartig ist, daß ungefähr 0,05 bis ungefähr 5,0 Aktivitätseinheiten pro g Stärke zur Verfügung gestellt werden.

14-, Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzte bakterielle alpha-Amylase auf einen Bacillus-Organismus zurückgeht.

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Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzte Glukoamylase auf einen Pilz zurückgeht.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 his 13» dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzte Glukoamylase auf die Aspergillus niger Gruppe zurückgeht.

17* Verfahren nach einem der Ansprüche 9 his 13» dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzte Glukoamylase auf den Iihizopus genus zurückgeht.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 "bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzte "bakterielle alpha-Amyla.se auf die Bacillus subtilis Gruppe zurückgeht.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 "bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzte "bakterielle alpha-Amylase auf Bacillus licheniformis zurückgeht.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 "bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzte Mischung aus körniger Stärke, Wasser und alpha-Amylase ungefähr 0,01 "bis ungefähr 1,0 %'eines anionischen grenzflächenaktiven Mittels enthält.

21. Verfahren zur Herstellung von Dextrose, dadurch gekennzeichnet, daß (1) eine Mischung aus körniger Stärke, Wasser und einer bakteriellen alpha-Amylase "bei einer Temperatur zwischen der normalen Anfangsgelatinisierungstemperatur der Stärke und der tatsächlichen Gelatinisierungstemperatur der Stärke sowie "bei einem pH von ungefähr 4,0 his ungefähr 7»0 am? Umwandlung von wenigstens 10 °/o der Stärke in ein lösliches Hydrolysat bewegt wird und (2) die Temperatur auf 50 bis 65°C sowie der pH auf 4,0 bis 4,8 eingestellt werden und das lös-

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liehe Hydrolysat mit Glukoamylase verzuckert wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzte Stärke aus Maisstärke besteht.

23. Verfahren nach den Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzte bakterielle alpha-Amylase auf einen Bacillus Mikroorganismus zurückgeht.

24. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzte bakterielle alpha-Amylase auf einen Bacillus licheniformis Mikroorganismus zurückgeht.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Stufe (1) auf einen Wert zwischen ungefähr 65 und ungefähr 75 ⁰G eingestellt wird.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der zur Durchführung der Stufe (1) eingesetzten alpha-Amylase zwischen ungefähr 0,1 und ungefähr 25 Aktivitätseinheiten pro g Stärke schwankt.

27« Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der zur Durchführung der Stufe (2) eingesetzten Glukoamylase zwischen ungefähr 0,1 und ungefähr 1,0 Afetivitätseinheiten pro g Stärke schwankt.

28. Verfahren zur Herstellung von Dextrose, dadurch gekennzeichnet, daß (1) eine Mischung aus einer körnigen Stärke, Wasser, einer bakteriellen alpha-Amylase sowie G-lukoamylase bei einer Temperatur zwischen der normalen Anfangsgelatinisierungstemperatur der Stärke und der tatsächlichen Gelatinisierungstemperatur der Stärke sowie bei einem pH von ungefähr 4,0 bis un-

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gefahr 7,O zur Umwandlung von wenigstens 10 % der Stärke in ein lösliches Hydrolysat bewegt wird und (2) die Temperatur auf 50 Ms 65 ⁰C sowie der pH auf 4-,O bis 4,8 eingestellt werden und weitere Glukoamylase zur Verzuckerung des löslichen Hydrolysate zugesetzt wird.

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Stärke aus Maisstärke besteht.

30. "Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete bakterielle alpiia-Amylase auf einen Bacillus Mikroorganismus zurückgeht.

31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzte bakterielle alpha-Amylase auf einen Bacillus licheniformi s-Mikroorganismus zurückgeht.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Stufe 1 auf einen Wert zwischen ungefähr 65 i^nd ungefähr 75 ⁰C eingestellt wird.

33· Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bös 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der zur Durchführung der Stufe

(1) eingesetzten alpha-Amylase zwischen ungefähr 0,1 und ungefähr 25 Aktivitätseinheiten pro g Stärke schwankt.

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der zur Durchführung der Stufe (10 eingesetzten Glukoamylase zwischen ungefähr 0,05 v&üungefähr 5,0 Einheiten pro g Stärke schwankt.

35· Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der zur Durchführung der Stufe

(2) eingesetzten G-luJiöamylase ungefähr 0,1 bis ungefähr 1,0 Aktivitätseinheiten pro g Stärke beträgt.

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36. Verfahren zur Hydrolyse von Stärke, dadurch, gekennzeichnet, daß die folgenden Stufen in der angegebenen Reihenfolge eingehalten werden:

a) Solubilisieren einer wäßrigen Aufschlämmung einer körnigen Stärke durch Behandlung mit einer alpha-Aniylase unter solchen Bedingungen, unter denen eine Gelatinisierung vermieden wird, zur Solubilisierung von wenigstens ungefähr 10 % der Stärke,

b) Erhitzen der wäßrigen Aufschlämmung auf eine Temperatur oberhalb der Qelatinisierungstemperatur der Stärke, um im wesentlichen die ganze restliche körnige Stärke zu gelatinisieren, und

c) Verzuckern des gelatinisierten Produktes durch Behandlung mit einem Verzuckerungsenzym.

37. Verfahren nach Anspruch 36» dadurch gekennzeichnet, daß die zur Durchführung der Stufe (a) eingesetzte alpha-Amylase auf Bacillus licheniformis zurückgeht.

38. Verfahren nach Anspruch 36 oder 37» dadurch gekennzeichnet, daß das zur Durchführung der Stufe (c) eingesetzte Verzuckerungsenzym aus Glukoamylase oder ß-Amylase besteht.

39. Verfahren zur Hydrolyse von Stärke, dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Stufen in der angegeb'enen Reihenfolge durchgeführt werden s

a) Herstellung einer wäßrigen Aufschlämmung aus einer körnigen Stärke und einer alpha-Amyiase bei einem pH von ungefähr 5 "bis. ungefähr 7 "uncL Erhitzen der Mischung auf eine Temperatur von ungefähr 40 ⁰C bis zu der Gelatinisierungstemperatur der Stärke zur Solubilisierung'von wenigstens ungefähr 10 % der Stärke,

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b) Erhitzen der Mischung auf eine Temperatur oberhalb der Gelatinisierungstemperatur der Stärke, um im wesentlichen die ganze restliche körnige Stärke zu gelatinisieren, und

c) Erhitzen der Mischung mit einem Verzuckerungsenzym auf .eine Temperatur von ungefähr 50 bis ungefähr 65 ⁰C sowie bei einem pH von ungefähr 4 bis ungefähr 6 und Aufrechterhalten dieser Bedingungen, bis das Dextroseäquivalent, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Mischung, wesentlich erhöht ist.

40. Verfahren nach Anspruch 39» dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Aufschlämmung der Stufe (a) ein Verzuckerungsenzym zusätzlich zu der alpha-Amylase und der körnigen Stärke enthält.

41. Verfahren nach Anspruch 39» dadurch gekennzeichnet, daß das Verzuckerungsenzym der Stufe (c) aus Glukoamylase oder ß-Amylase besteht.

42. Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzuckerungsenzym der Stufe (c) eine ß-Amylase ist, die auf Gerstenmalz zurückgeht.

43. Verfahren nach Anspruch 39» dadurch gekennzeichnet, daß die ■zur Durchführung der Stufe (a) eingesetzte alpha-Amylase auf Bacillus licheniformis zurückgeht.

44. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzuckerungsenzym der Stufe (a) aus Glukoamylase oder ß-Amylase besteht.

45. Verfahren nach Anspruch 39» dadurch gekennzeichnet, daß die

Stufe (b) in einem Erhitzen der Mischung auf eine Temperatur von ungefähr 85 "bis ungefähr I50 ⁰C "besteht.

46. Verfahren zur Hydrolyse von Stärke, dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Stufen in der angegebenen Reihenfolge eingehalten werden:

a) Herstellung einer wäßrigen Aufschlämmung einer körnigen Stärke, einer alpha-Amyls.se sowie eines Verzuckerungsenzyms mit einem pH-Wert von ungefähr 5 his ungefähr 7 und Erhitzen der Mischung auf eine Temperatur von ungefähr 4-0 ⁰C bis zu der G-elatinisierungatemperatur der Stärke zur Solubilisierung von wenigstens ungefähr 10 % der Stärke,

b) Erhitzen der Mischung auf eine Temperatur von ungefähr 85 °C bis ungefähr 2150 ⁰G, um im wesentlichen die gan restliche körnige Stärke zu gelatinisieren, und

c) Erhitzen der Mischung mit weiterem Verzuckerungsenzym auf eine Temperatur von ungefähi* ^O ⁰C bis ungefähr 65 °C sowie bei einem pH von ungefähr 4 bis 6 und Aufrechterhaltung dieser Bedingungen, bis das Dextroseäquivalent, bezogen auf den Eeststoffgehalt der Mischung, wesentlich erhöht ist.

4-7. Verfahren nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Durchführung der Stufen (a) und (c) eingesetzte Verzuckerungsenzym aus Glukoamylase oder ß~Amylase besteht.