DE2417639B2

DE2417639B2 - Verfahren zur Umwandlung von kerniger Stärke ta ein lislickes Hydrolysat

Info

Publication number: DE2417639B2
Application number: DE2417639A
Authority: DE
Inventors: Elie Francois Masheleu Berghmans (Belgien); Woodridge Hebeda Ronald Emil; Dennis John Naperville Holik; Edward A. Oak Lawn Kuske; Harry Woods Willowbrook Leach; Darius K. Chicago Ill. Przybylsi (V.St.A.); Roul 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: 1979-08-16
Also published as: US3922197A; JPS5040762A; IT1012574B; DE2417639C3; NL7404893A; TR18333A; AR208286A1; FR2225521A1; DE2417639A1; GB1470325A; US3922198A; US3922199A; JPS5918040B2; CA1022485A; FR2225521B1

Description

, Die Erfindung betrifft den in den Patentansprüchen näher gekennzeichneten Gegenstand.

Bei der enzymatischen Hydrolyse von Stärke ist nach wie vor der Einsatz von Glukoamylase weit verbreitet Dieses Enzym hydrolysiert die Stärke durch Abspaltung von jeweils einem Molekül Dextrose von dem Stärkemolekül. Dabei ist es jedoch notwendig, die Stärke zuvor zu verdünnen, was unter Verwendung entweder einer Säure oder eines Enzyms erfolgt, und zwar bis zu einem Dextroseäquivalent (D.R) von ungefähr 10 bis 20, worauf dann mit Glukoamylase behandelt wird.

Dieses Zweistufenverfahren wird je nach der Art der angewendeten Verdünnung als Säure/Enzym- oder Enzym/Enzym-Verfahren bezeichnet

Im Falle des Säure/Enzym-Verfahrens ist oftmals ziemlich hohe Temperatur von z. B. 120⁰C erforderlich, was zur Bildung von Stärkefragmenten, die leicht entarten und auch Rückumwandlungsprodukte erzeugen, führen kann, so daß die Dextrosebildung beeinträchtigt wird. Das gleiche gilt für das Enzym/Enzyin-Verfahren, das bei der Verdünnung Te-iperaturen von z. B. 85 bis 95⁰C erfordert Ferner ist es übliche Praxis, die verdünnte Stärke auf noch höhere Temperaturen von z.B. 120 bis 160°C zu erhitzen, um die Gelatinisierung der Stärke zu beenden und die Filtration zu verbessern. Zusätzlich werden dabei bestimmte Fett/Amylose-Komplexe gebildet, die ganz unlöslich sind, Schwierigkeiten beim Filtrieren verursachen, und die Dextroseausbeute vermindern.

In der US-Patentschrift 25 83 451 wird ein enzymatisches Hydrolyseverfahren beschrieben, bei dessen Durchführung keine hohe Temperatur eingehalten wird und eine Gelatinisierungsstufe entfällt doch werden dabei sehr niedrige Dextroseausbeuten erhalten.

Aus »Cereal Chemistry«, Band 38 (1961), Seiten 34—46 ist es bekannt in ähnlicher Weise unter anderem körnige Stärke mit verschiedenen Enzymen, darunter auch alpha-Amylase, die aus Bacillus subtilis oder Asperf'llus oryzae stammen, bei tiefen Temperaturen von maximal 50⁰C über vergleichsweise lange Zeiträume von meist mehreren Tagen zu hydrolysieren, um die aufgezeigten Schwierigkeiten bei der Filtration zu vermeiden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten, zu hohen Ausbtuten führenden Verfahrens zur Umwandlung von Stärke in Dextrose sowie zur Solubilisierung von körniger Stärke, das Gelatinisierungs- und damit verbunden Filtrationsprobleme verhindert und sich durch Einfachheit und Wirtschaftlichkeit auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird zur Solubilisierung von Stärke z. B. eine körnige Stärke mit Wasser, einer bakteriellen alpha-Amylase und Glukoamylase bei einer Temperatur zwischen dei normalen Anfangsgelatinisierungstemperatur und der tatsächlichen Gelatinisierungstemperatur der Stärke sowie bei einem pH-Wert von etwa 5 bis 7 vermischt Die vereinigte Wirkung von bakterieller alphat-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, so daß, wenn körnige Stärke, Wasser und eine bakterielle alpha-Amyla.se unter den agegebenen Bedingungen vermischt werden, ein lösliches Stärkehydrolysat erzeugt wird.

Erfindungsgemäü werden zur Hydrolyse von Stärke

z. IB. die folgenden Verfahrensstufen in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt:

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;

h) Erhitzen der wäßrigen Aufschlämmung auf eine Temperatur oberhalb der Gelatinisierungstemperatur 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 alpha-Amylase bei einem pH von ungefähr 5 bis ungefähr 7 und Erhitzen dieser Mischung auf eine T.vmperatur von ungefähr 40⁰C zur Solubilisierung von venigstens ungefähr 10% der Stärke;

b) Erhitzen der Mischung auf eine Temperatur oberhalb der Gelatinisierungstemperatur der Stär ke, 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° C sowie bei einem pH von ungefähr 4 bis ungefähr 6, wobei diese Bedingungen solange aufrechterhalten werden, bis das Dextroseäquivalent bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Mischung, merklich erhöht ist

j-, Bei der Stärke kann es sich um eine übliche, im Handel erhältliche Stärke handeln, beispielsweise um Maisstärke, wachsartige Maisstärke, Tapiocastärke, Kartoffelstärke, weiße süße Kartoffelstärke, Weizenstärke, Sagostärke, Sorghumstärke, Stärke mit hohem Amylosegehalt oder dgl. Wachsartige sowie nicht wachsartige Stärken sind geeignet Wie bereits erwähnt wurde,, ist die Stärke körnig. Maisgrieße sowie andere Rohmaterialien mit hohem Stärkegehalt können in zufriedenstellender Weise verwendet werden.

Ein wichtiger Vorteil des Verfahrens beteht darin, daß es in einer wäßrigen Aufschlämmung mit relativ hohen Konzentrationen durchgeführt werden kann. Der Feststofrgehalt der Stärkeaufschlämmung liegt im allgemeinen zwischen ungefähr 5 und ungefähr 40%,

-,o wobei jedoch gewöhnlich der Feststoffgehalt 10 bis 30% beträgt. Geringere Konzentrationen können natürlich verwendet werden. Nimmt die Konzentration ab, dann nimmt im allgemeinen das Ausmaß der Stärkesolubilisierung zu, so daß auf diese Weise die Dextroseausbeute erhöht wird. Aus praktischen Erwägungen kann es jedoch in den meisten Fällen sehr zweckmäßig sein, kleinere Volumina einzusetzen, d. h. höhere Stärkekonzentrationen. Dies vermeidet oder vermindert c'ie beträchtlichen Kosten, die bei einer

bo Konzentration der Umwandlungsmischung 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

h'i 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 Gesamtwirkungsgrad 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 7,0 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 sind bestimmte Spezies des Bacülus-Mikroorganismus, d. h. B. subtilis, B. licheniformis, B. coagulans und B. amyloliquefaciens. Geeigente alpha-Amylasen werden in der DE-OS 20 25 748 sowie in der US-PS 36 97 378 beschrieben. Besonders geeignete Amylasen sind diejenigen, die auf B. licheniformis zurückgehen, wie in der genannten DE-OS angegeben wird. Besonders bevorzugt ist diejenige alpha-Amylase, die auf den B. licheniformis Stamm NCIB 8061 zurückgeht. Andere spezifische Mikroorganismen sind beispielsweise die B. ücheniformis Stämme NCIB 8059, ATCC 6598, ATCC 6634, ATCC 8480. ATCC 9945A und ATCC 11945. Sie sind ungewöhnlich wirksam bei der Verflüssigung von körniger Stärke, d. h. wenn sie in der Weise eingesetzt werden, daß im wesentlichen Glukoamylase fehlt. Ein derartiges Enzym ist unter dem Warenzeichen »Thermamyl« von der Novo Enzyme Corporation, Mamroneck, New 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 Thermamylzubereitungen sind nachfolgend zusammengefaßt:

	Therm iimyl	Thermamyl	Thermamyl
	60	120
Trockensubstanz, %	35.4	98,8	94,6
alpha-Amylascaktivitiit. U/g	-1.156	-2.105	9,124
(wie es vorliegt)
Protein, % Trockenbasis	26.5	21,2	21,2
Asche. % Trockenbasis	60.1	91,2	64.4
Kalzium, % Trockenbasis	0.04	0,72	4.4
Natrium, % Trockenbasis	12.3	12,2	_

Weitere alpha-Amylasen. die verfügbar sind, sind beispielsweise die unter den folgenden Handelsnamen bekannten Produkte:

Tabelle I	F-" irma	Form	Aktivität
Enzymzubereitung	Rohm und Haas	Pulver	4.874 U/g
Rhozyme H-39	Miles	Pulver	3.760 U/g
Takamine HT-1000	Miles	Flüssigkeit	2.043 U/ml
Tenase	Wallerstein	Flüssigkeit	1,213 U/ml
Dex-Lo MM	Novo	Pulver	7,310 U/g
Novo SP-96	Novo	Flüssigkeit	1,599 U/ml
Novo B. subtilis	Daiwa Kasai	Pulver	26,593 U/g
Kleistase GM-16	Daiwa Kasai	Flüssigkeit	-1,918 U/ml
Kleislase L-I	Societe »Rapidase«	Pulver	11,655 U/g
Rapid ase SP-250	France

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 Stärkesolubilisierung, die auf die Verwendung von mehr als 25 Einheiten pro g zurückgeht, rechtfertigt nicht die zusätzlichen Kosten des Enzyms. Die optimale Menge an alpha-Amylase hängt von der Glukoamylasemenge ab (oder umgekehrt).

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

Die alpha-Amylaseaktivität eines Enzyms wird wie folgt bestimmt:

Das Enzym wird mit einer Standardstärkelösung unter gesteuerten Bedingungen zur Umsetzung gebracht. Die Enzymaktivität richtet sich nach dem Ausmaß der Siärkehydrolyse, die sich durch eine Verminderung des Jodverfärbungsvermögens zu erkennen gibt, das spektrophotometrisch gemessen wird. Die Einheit der Aktivität der bakteriellen alpha-Amylase ist die 1 izymmenge, die zum Hydrolysieren von 10 mg Stärke pro Minute unter den Verfahrensbedingungen erforderlich ist. Die Methode ist auf bakterielle alpha-Amylasen anwendbar, einschlieBlir'i industrielle Zubereitungen, mit Ausnahme von Mateiiaiien, die eine ausgeprägte Verzuckerungsaktivität aufweisen. 0,3 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.

Fins Mischen** siis ΪΟγτϊ! einer l^i^en L.i"trier~S'ur kelösung, eingestellt auf 60⁰C und 1 ml der zu testenden

(l:\tinktiiin der Blindprobe - hvtinktion der Probe) χ Verdiinnungsfaktor χ 50 Hxtinktion der Blindprobe χ IO χ ΙΟ

Enzymprobe wird vermischt und in einem auf einer konstanten Temperatur von 60⁰C gehaltenen Bad während genau 10 Minuten behandelt Eine 1-ml-Probe wird entnommen und einer Mischung aus 1 ml einer

ι 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

ίο Verwendung von 100 ml destilliertem Wasser verdünnt und gut vermischt wird. Die Extinktion 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/m! entspricht

GCr l*CZ!Ciiü"5

Führt man die vorstehend beschriebene Dreistufenhydrolysemethode durch, dann erfordert die Stufe (a) die Herstellung einer wäßrigen Aufschlämmung aus körniger Stärke und einer alpha-Amylase. Die Aufschl? nmung kann nur diese Komponenten enthalten, sie kann auch eines oder mehrere verzuckernde Enzyme des vorstehend geschilderten Typs aufweisen. Das Vorliegen von Glukoamylase oder /?-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 zusätzlichen Kosten der Enzyme gegenüber diesem günstigen Einfluß. Wird ein Verzuckerungsenzym 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 /?-Amylase pro g Stärke (Trockenbasis), je nach dem vorliegenden Fall.

Der bei der Durchführung der Stufe (a) einzuhaltende pH-Wert richtet sich natürlich nach dem optimalen pH-Wert der jeweils eingesetzten alpha-Amylase. Thermamyl zeigt seine optimale Aktivität bei einem pH von 5 bis 7. Die optimale Aktivität von Rapidase liegt bei einem pH von ungefähr 6 etc. In denjenigen Fällen, auf die nachstehend näher eingegangen wird, in weichen ein Verzuckerungsenzym bei der Durchführung der Stufe (a) mit der alpha-Amylase verwendet wird, erfordert der tiefere pH-Wert, bei welchem diese Verzuckerungsenzyme ihre optimale 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 Glukoamylase ihre optimale Aktivität bei einem pH-Wert zwischen 4,0 und 4,5. /3-Amylasen besitzen ihre optimalen Aktivitäten bei etwas höheren pH-Werten, jedoch immer noch unterhalb demjenigen, bei welchem aipha-Amyiasen 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 Glukoamylase jede der bekannten Pilzamylasezubereitungen sein, insbesondere eine solche Zubereitung, die auf den Aspergillus genus, den Endomyces genus oder den Rhizopus genus zurückgeht Eine besonders bevorzugte Glukoamylase ist diejenige, die gemäß dem in der US-PS 30 42 584 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 5,0 Einheiten pro g Stärke (Trockenbasis). Vorzugsweise werden unter Abwägung der Enzymkosten sowie der Wirkungsweise ungefähr 0,05 bis ungefähr 0,3 Einheiten Glukoamylase pro g Stärke (Trockenbasis) verwendet

Die Glukoamylaseaktivitätseinheiten werden wie folgt bestimmt:

Öas Substrat ist ein saures Maisstärkehydrolysat mit meinem 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° C 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 Phenolphthaleinendpunkt 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:

A =

S-B

2 χ Ε '

Glukoamylaseaktivitätseinheiten pro ml (oder u:

pro g) der Enzymzubereitung;

reduzierende Zucker in der durch Enzym umgewandelten Probe, g pro 100 ml;

reduzierende Zucker in der Vergleichsprobe, g

pro 100 ml; r

Menge der verwendeten Anzymzubereitung, ml (oder g);

»S« sollte nicht 1,0 g pro 100 ml übersteigen.

Die Temperatur der Reaktionsmischung, 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 Vorteil dieses Verflüssigungsverfahrens besteht darin, daß hohe Temperaturen vermieden werden. Dies ermöglicht beträchtliche Kosteneinsparungen im Hinblick auf die Zufuhr von Wärme zu dem Verfahren und setzt die Bildung von Farbkörpern auf ein Minimum herab, so daß Reinigungskosten eingespart werden. Es ist interessant, daß dieses Verflüssigungsverfahren bei Temperaturen oberhalb der normalen Anfangsgelatinisierungstemperatur 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 Gelatinisierungstemperaturbereich von 62 bis 72° C zugeschrieben wird, wobei es sich um ihren »normalen« Gelatinisierungstemperaturbereich handelt, kann das erfindungsgemäße Verflüssigungsverfahren unter Einsatz von Maisstärke bei Temperaturen von bis zu ungefähr 80⁰C 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.

Wir4 die Verflüssigungsreaktion bei Temperaturen durchgeführt, welche die normale Anfangsgelatinisierungstemperatur 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.

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 dein gleicher. pH, in der Praxis ist es jedoch unwahrscheinlich. Giukoamylase ist natürlich das Verzuckerungsenzym, das zur Herstellung von Glukosesirupen und Dextrose verwendet wird, wobei

b0 seine optimale Aktivist bei einem pH von ungefähr 4,5 entwickelt wird. Andererseits zeigt Thermamyl seine optimale Aktivität bei einem pH von 5,5 bis 7 und ist bei einem pH unterhalb 5 nicht in 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 Dextroseerzeugung ein solcher, der in einem Bereich von ungefähr 5,0 bis ungefähr 7,0 fällt, d. h., ein solcher Bereich, in welchem die Giukoamylase 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. /?-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 Handelsnamen Fromalt 72 sowie Maltamylase PF. Biozym M, ein Pilzenzym, ist ebenfalls geeignet. Die Gesamtmenge an einzusetzender ^-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 jS-Amylaseaktivitätseinheiten werden wie folgt bestimmt:

eine 5,0-g-Probe eines /J-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 3 Stunden bei Zimmertemperatur gerührt, mit genau 100 ml destilliertem Wasser verdünnt und einer Schwerkraftfiltration durch ein Whatman-Filr.erpapier (Nr. 12) unterzogen. Eine lOmi-Probe des Enzymextrakts (Filtrat) wird mit destilliertem Wasser nuf 100 ml verdünnt.

Eine ungefähr 8°/oige (bezogen auf das Gewicht) Lösung eines Maisstärkehydrolysai mit meinem Dextroseäquivalent von 15 bis 20 wird in der Weise hergestellt, daß auf ±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 TitrierkoiDen überführt, worauf der Kolben aufgefüllt wird. Dann wird gründlich vermischt. Eine 50 ml Probe einer derartigen Stärkehydrolysatlösung wird in einen 100 ml Titrierkolben pipettiert, worauf 5 ml einer Natriumacetatpufferlösung zugesetzt werden. Die Temperatur der erhaltenen Lösung wird auf 50° C 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

Nach 55 bis 57 Minuten werden 3 Tropfen Phenolphthaleinindikator jedem Kolben zugesetzt Nach genau 60 Minuten werden die Kolben aus dem auf einer Temperatur von 50° C gehaltenen Bad entfernt uno jofort bis zur ersten schwachen rosa-Färbung durch Zugabe einer wäßrigen Natriumhydroxidlösung plus weiteren 0,5 ml neutralisiert. Die Kolbeninhalte werden dann auf Zimmertemperatur abgekühlt, anschließend

mit destilliertem Wasser aufgefüllt, worauf gründlich vermischt wird. Der Gehalt an reduzierendem Zucker von 5,0 ml Ailquot wird unter Anwendung der Schoorl-Methode bestimmt. Die Berechnung der Enzymaktivität in Einheiten pro g Trockenstärke wird wie folgt durchgeführt:

A. Gehalte an reduzierendem Zucker:

Gcsamtgehalt an reduzierendem Zucker, g =

(mg des reduzierenden Zuckers in einem 5 ml Aliquot) χ 20

1(XX)

B. Enzymaktivität, Einheilen'μ =

Probe des red uz. Zuckers, g — Bindpr. des reduz. Z., g χ 10 χ KM)
Gewicht der Probe, g χ AJiquol-Volumcn, ml

Bezüglich des vorstehend geschilderten Dreistufenhydrolyseverfahrens ist zu bemerken, daß die Temperatur der Reaktionsstufe (a), wie angegeben worden ist, zwischen ungefähr 40⁰C 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 Dreistufenhydrolyseverfahrens 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, 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 Dreistufenhydrolyseverfahrens, bei dessen Durchführung eine wäßrige Aufschlämmung bei einer Temperatur solubilisiert wird, die eine Gelatinisierung 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 restlichen Stärke keine Erhöhung der Viskosität der Mischung bis zu einem solchen Punkt zur Folge, daß eine spezielle Mischvorrichtung erforderlich ist. Daher wird der unangenehme »Viskositätspeak«. der gewöhnlich bei der Gelatinisierung 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 je nach dem Ausmaß der Solubilisierung bei der Durchführung der Stufe (a), kann diese Gelatinisierungsstufe etwas langer dauern, beispielsweise bis zu ungefähr 60 Minuten.

Die Temperatur, bei welcher diese Gelatinisierungsstufe durchgeführt wird, kann zwischen ungefähr 85° C und ungefähr 150⁰C schwanken, sie liegt jedoch gewöhnlich zwischen ungefähr 100° C und ungefähr 115°C.

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° C herabgesetzt Diese Temperatur wird während einer Zeitspanne von ungefähr 40 bis ungefähr 120 Stunden aufrechterhalten. Auch der pH-Wert wird derartig eingestellt, daß optimale Verzuckerungsbedingungen geschaffen werden. Wird Glukoamylase als Verzuckerungsenzym verwendet, dann wird der pH-Wert auf einen Bereich innerhalb von ungefähr 4,0 bis ungefähr 4,5 herabgesetzt. Wird /}-Amylase als

ι -, Verzuckerungsenzym eingesetzt, dann wird der pH-Wert auf einen Wert zwischen 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 Glukoamylase besteht, nach der Herabsetzung der Temperatur der gelatinisierten Mischung, jedoch vor dem Einstellen des pH-Wtrtes, 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 Gesamtzeitspanne herabzusetzen, die zur Erzeugung einer maximalen Dextrosemenge erforderlich ist.
In einigen Fällen ist es zweckmäßig, ein Isoamyla-

JO seenzym, wie beispielsweise Pullulanase, entweder bei der Solubilisierungsstufe (a) oder der Verzuckerungsstufe (c) oder bei beiden Stufen zu verwenden. Die Isoamylasemange kann zwischen ungefähr 0,10 und ungefähr 0,5 Einheiten pro g Stärke schwanken. Die

si 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 \-erden, beispielsweise durch

κι Konzentrieren und Kristallisieren.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Methode der Ultrafiltration angewendet Durch Auswahl einer geeigne!vn semipermeablen Membran werden das Enzym sowie die nicht

■n umgesetzte Stärke vollständig von der Membran

zurückgehalten, während das Dextroseprodukt, das ein

niedrigeres Molekulargewicht besitzt, bei seiner Bildung

die Membran passiert

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsforrr

)(i enthält die Stärkeumwandlungsmischung ein anionisches grenzflächenaktives Mittel. In bestimmten Konzentrationen erhöht das grenzflächenaktive Mittel den Solubilisierungsgrad sowie die Ausbeute des Monosaccharide 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 anionieche grenzflächenaktive Mitte!, die erfindungsge-

bo maß geeignet sind, sind beispielsweise Natriumlaurylsulfat, Natriumdodecylbenzolsulfonat, Natrium-Wachssubst-NaphthalinsuIfonat, 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 Schwefelsäureesterrest, wobei als Kation Natrium, Kalium, Ammonium oder aliphatisches Amin mit weniger als 10 Kohlenstoffatomen infrage kommt

Gemäß einer weke-en bevorzugten Ausführungsform wird zur Erzeugung von Gtukose das Verfahren in zwei Stufen in bezug auf den pH-Wert der Stärkeumwandhingsmischung durchgeführt Die erste Stufe entspricht der vorstehend beschriebenen, & 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 Fällen nach ungefähr 16 Stunden. Die Umwandlungsmischung kann zu diesem Zeitpunkt gegebenenfalls filtriert werden. Der pH wird auf einen Wert innerhalb eines Bereiches von ungefähr 4,0 bis ungefähr 5,0 eingestellt Innerhalb dieses Bereiches ist die Aktivität der Glukoarnylase größer als bei höheren pH-Werten, wobei das Gesamtergebnis eine etwas erhöhte Dextroseausbeute ist

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform, welche die Bildung von erheblichen Mengen an Dextrose zur Folge hat, besteht in folgenden Stufen: (1) Rühren einer 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 5,0 bis ungefähr 7,0 zur Umwandlung von wenigstens 10% der Stärke in ein lösliches Hydrolysat und (2) Einstellung der Temperatur auf 50 bis 65° C sowie des pH-Wertes auf 4,0 bis 4,8 und Zugabe von Glukoamylase, um das lösliche Hydrolysat zu verzukkern.

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 12C Stunden. In einigen Fällen ist es zweckmäßig, Glukoamylase der Mischung der Stufe (1) zuzusetzen. Die Mengen der in Stufe (1) 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.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern. Alle Teil- und Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht, wenn nichts anderes angegeben ist

Beispiel 1

Dieses Beispiel veranschaulicht eine typische Arbeitsweise zur Durchführung einer enzymatischen Hydrolyse.

Eine Aufschlämmung mit einem Gehalt an 125 Teilen Stärke (Trockenbasis) und 350 Teilen destilliertem Wasser wurde in einem 11-Becher aus rostfreiem Stahl hergestellt Calcium wurde gewünschtenfalls zugesetzt (wie dies z.B. der Fall ist bei Verwendung anderer alpha-Amylasen als Thermamyl), und zwar in Form einer wäßrigen Calciumchloridlösung mit einem Gehalt an 40 mg Calcium pro ml, um die Gesamtmenge an in der Aufschlämmung vorliegendem Calcium um 100 ppm zu erhöhen (die Stärke enthält etwas Calcium und das gleiche gilt für alpha-Amylase). Der pH-Wert wurde auf 5,5 eingestellt durch Zugabe einer verdünnten wäßrigen Natriumhydroxydlösung; bakterielle alpha-Amylase und Glucoamylase wurden zugesetzt und das Gesamtgewicht der Aufschlämmung wurde auf 500 Teile gebracht durch Zugabe von destilliertem Wasser. Der Becher wurde in ein Wasserbad eingebracht und der Becherinhalt wurde gerührt und auf 60 bis 65" C erwärmt und bei dieser Temperatur während der in Tabelle II angegebenen Reaktionszeiten gehalten; der pH-Wert wurde periodisch geprüft und erforderlichenfalls erneut auf 5,5 eingestellt Das erhaltene Produkt wurde sodann filtriert und der Filterkuchen wurde gewaschen, getrocknet und ausgewogen, um den Anteil der Stärke, der ungelöst zurückblieb, zu ermitteln. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle II aufgeführt In allen Fällen basieren die Ergebnisse auf der Verwendung einer 25 bis 30%igen wäßrigen Aufschlämmung von körniger Maisstärke bei einem pH-Wert von 5,5 und einer Temperatur von 65 bis 75° C.

Bei Durchführung der Umwandlung bei Temperaturen von 65 bis 75⁰C (klar oberhalb der angegebenen Anfangs-Gelatinisierungstemperatur von Maisstärke) behält die nicht-solubilisierte Stärke ihre körnige Natur während des gesamten Umwandlungsprozesses bei.

Tabelle Il	Slärke-	Enzymdosierung'¹)	GA'I	Zeit	Temp.	solubili-	909 533/211
Vers.	konz.	»ΛΛ")	0,25	Std.	⁰C	siert^d)
Nr.	30	2Th^c)	0.14	24	65	74,8
1	30	2Th	0,25	24	65	76,4
2	30	2Th	0,14	24	70	89,2
3	30	2Th	0,14	24	70	88,7
4	25	2Th	0,14	26')	75	97,6
5	25	2Th	0,14	50»)	75	94,8
6	25	IO-B-22l^h)	0,14	26')	75	96,1
7	25	IO-B-221	0,14	*50)**	75	96,4
8	25	2Th		25	65	80,4
9

	17	24 17	GA⁰)	639	Zeit	18	Temp.	solubili-
			0,14		Std.		°C	siert")
Fortsetzung	Stärke-		0,14		24	70	89,2
Vers.	konz.	*Enzymdosierung)**	0,25	22	75	93,2
Nr.	25	BAA^b)	48')	65	77,0
10	25	2Th
11	30	2Th
12		2Th

^a) Einheiten pro g Stärke ¹O bakterielle alpha-Amylase

^c) Glucoamylase

^d) % solubilisierte Stärke

^e) »Thermamyl«

^r) 2 Std. bei 60-75⁰C, 24 Std. bei 75°C,

^g) 24 Std. bei 60⁰C, dann wie in ^r)

^h) aus einem Bacillus subtilis-Mikroorganismus stammend mit einer Aktivität von 3910 E/g

') 24 Std. bei 60⁰C, 24 Std. bei 65°C

Beispiel 2

Der Einfluß von alpha-Amylase allein auf die Solubilisierung von körniger Stärke bei den erfindungsgemäß verwendbaren erhöhten Temperaturen ergibt sich aus den in der folgenden Tabelle III aufgeführten Ergebnissen. In jedem Falle wurden die Ergebnisse erhalten durch Rühren einer 25 oder 30% körnige Stärke enthaltenden Stärkeaufschlämmung mit meiner alpha-Amylase bei 60 bis 75° C bei einem pH-Wert von 53 über einen Zeitraum von etwa 25 Stunden.

Tabelle III	Stärke-	BAA	Zeit	Temp.	solubili-
Vers.	konz.	Dosierung")	Std.	⁰C	siert¹¹)
Nr.	30	2Th^d)	24	65	61,1
1	30	2Th	24	70	72,9 ·
2	25	1 Th	26')	75	94,7
3	25	2Th	26')	75	96,6
4	25	10Th	26')	75	97,3
5	25	1 »Tenase«	26')	75	89,3
6	25	2 »Tenase«	26')	75	93,0
7	25	10 »Tenase«	26')	75	95,2
8

^a) Einheiten pro g Stärke

^b) % solubilisierte Stärke

') 2 Std. bei 6O-75°C, 24 Std. bei 75°C ^d) »Thermamyl«

Beispiel 3

Dieses Beispiel erläutert die angegebene, besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wonach die Herstellung von Dextrose in einem Zweistufenprozeß erfolgt

In einer ersten Verfahrensstufe wurde die körnige Stärke in ein Stärkehydrolysat umgewandelt durch Behandlung mit einer alpha-Amylase für sich allein oder in Kombination mit Glucoamylase bei einer zwischen der normalen Anfangs-Gelatinisierungstemperatur und der tatsächlichen Gelatinisierungstemperatur der Stärke liegenden Temperatur und bei einem pH-Wert von 5-7. In einer zweiten Verfahrensstufe wurden sodann die Temperatur auf 50 bis 65°C und der pH-Wert auf 4,0 bis 4,8 erniedrigt und zusätzliche Glucoamylase wurde zugegeben. Unter den auf diese Weise erhaltenen Bedingungen wurde das Reaktionsgemisch 24 bis 120 Stunden lang gehalten.

In der folgenden Tabelle IV sind die Ergebnisse eines derartigen Zweistufenverfahrens aufgeführt, wobei die Kombination von alpha-Amylase und Glucoamylase (GA) in der ersten Verfahrensstufe verwendet wurde. In jedem Falle enthielt die Stärkeaufschlämmung 25% Stärke und in der zweiten Verfahrensstufe wurden zusätzliche 0,14 Einheiten Glucoamylase zugegeben nach Einstellen der Temperatur auf 60⁰C und des pH-Werts (von 5,5 in der ersten Stufe) auf 4,3.

19	24 17 639	Tabelle IV	^a) ^b)	1. Stufe	2. Stufe") Std.	0,14 GA bei 60^GC bezogen auf Feststoffe im Filtrat	Dex trose¹¹) %
Vers. Nr.	wie in Nr. 5, Tabelle II	120		95,3
I	wie in Nr. 6, Tabelle II	96		95,6
2	wie in Nr. 7, Tabelle II	120	94,9
3	wie in Nr. 8, Tabelle II	96	96,2
4	wie in Nr. 9, Tabelle II	55	97,6
5	wie in Nr. 10, Tabelle II	90,5	98,4
6	2 Th + 0,14 GA bei 73°C 24 Std.	42	96,5
7	2 Th + 0,14 GA bei 73°C 12 Std.	82	96,5
8	2 Th + 0,14 GA bei 75°C 12 Std.	86	96,8
9	wie in Nr. 11, Tabeilt: II	80	95,8
10

20

Beispiel 4

Weitere Ergebnisse aus ähnlichen Versuchen, bei Tabelle V aufgeführt In jedem Falle enthielt die denen alpha-Amylase für sich allein in der ersten 30 Stärkeaufschlämmung 30% Stärke. Verfahrensstufe verwendet wurde, sind in der folgenden

Tabelle V

Vers. 1. Stufe 2. Stufe solubili- Dex-

Nr. siert trose^a)

2 Th bei 60-75'C 2 Std., 0,14 GA bei 60 C 120 Std.; 97,2 95,3 75°C 24 Std.; pH 5,5 pH 4,3

2 Th bei 6O⁰C 24 Std., 0,14 GA bei 60 C 96 Std.; 96,2 95,2 60-75°C 2 Std., pH 4,3

75X 24 Std.; pH 5,5

10 B-221 bei 60-75X 0,14 GA bei 6OX 120 Std.; 94,2 94,8 2 Std., 75X 24 Std.; pH 4,3 pH 5,5

10 B-221 bei 6OX 24 Std., 0,14 GA bei 60 C 96 Std.; 95.1 93,3 60-75'C 2 Std., pH 4,3 75X 24 Std.; pH 5,5

2 Kleislase bei 60-75X 0,14 GA bsi 60 C 96 Std.; 93,2 94,8 2 Std., 75X 24 Std.; pH 4,3 pH 5,5

10 Kleistase bei 60-75X 0,14 GA bei 60 C 96 Std.; 94,9 93,2 2 Std., 75 "C 24 Std.; pH 4,3 pH 5,5

^a) bezogen auf Feststoffe im Filtrat

Das erfindungsgemäße Dreistufenverfahren wird wird. Dieser Aufschlämmung werden 150 ppm Ca⁺+in

durch die folgenden Beispiele erläutert. Form von CaCU sowie 300 ppm Ch in Form von NaCl

_ . . _%. zugesetzt.

Beispiel 5 Die Aufschlämmung wird unter Rühren unter diesen

Eine Stärkeaufschlämmung, die 32% einer körnigen (,-, Bedingungen während einer Zeitspanne von 5 Stunden

Maisstärke, 2,4 Einheiten Thermamyl pro g Stärke und digeriert, worauf sie ein Dextroseäquivalent von

0,07 Einheiten Glukoamylase pro g Stärke enthält, wird aufweist. 58% der Stärke bleiben ungelöst.

auf 60°C erhitzt, während der pH auf 5,7 eingestellt Die Aufschlämmung wird auf 105⁰C während einer

Zeitspanne von 10 Minuten erhitzt und dann auf 60° C abgekühlt worauf 0,14 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 fortgesetzt Zu diesem Zeitpunkt weist die Mischung ein Dextroseäquivalent von 97,4 auf und enthält keine nicht gelöste Stärke.

Beispiel 6

Die in Beispiel 5 beschriebene Methode wird wiederholt nut der Ausnahme, daß die erste Periode der Stärkedigerierung bei einem pH von 5,7 während einer Zeitspanne von 25 Stunden und nicht von 5 Stunden durchgeführt wird, während die zweite Periode 5 Stunden und nicht 24 Stunden dauert Die erhaltene Aufschlämmung besitzt ein Dextroseäquivalent von 36, wobei 39% der Stärke ungelöst zurückbleiben. Das Endprodukt weist ein Dextroseäquivalent von 973 auf und enthält keine ungelöste Stärke.

Beispiel 7

Eine Stärkeaufschlämmung, die 32% körnige Stärke, 23 Einheiten Thermamy! pro g Stärke und 0,04 Einheiten Glukoamylase pro g Stärke enthält wird unter Rühren auf 6O⁰C erhitzt wobei der pH-Wert 5,7 beträgt während einer Zeitspanne von 4 Stunden erhitzt worauf 20,8% der Stärke solubilisiert sind. Die Aufschlämmung wird dann auf 100⁰C während einer Zeitspanne von 10 Minuten erhitzt und dann auf 60⁰C während einer Zeitspanne von 6 Stunden gehalten, wobei weitere 0,14 Glukoamylaseeinheiten zugegeben werden. Der pH-Wert wird auf 4,2 eingestellt worauf das Rühren während einer Zeitspanne von weiteren 62 Stunden durchgeführt wird. Das Endprodukt enthält 1,0% nicht gelöster Stärke. Die Dextroseausbeute beträgt 94,2%.

Beispiel 8

Eine Stärkeaufschlämmung, die 30% körnige Stärke, 2,0 Einheiten Thermamyl pro g Stärke und 0,25 Einheiten Glukoamylase pro g Stärke enthält wird unter Rühren bei 60° C bei einem pH-Wert von 5,5 während einer Zeitspanne von 24 Stunden erhitzt, worauf 69^% der Stärke so! jbilisiert sind. Die Aufschlämmung wird dann auf 100⁰C während einer Zeitspanne von 60 Minuten erhitzt und anschließend bei einem weiteren Zusatz von 0,14 Einheiten Glukoamylase auf 6O⁰C sowie bei einem pH-Wert von 4,3 während einer Zeitspanne von 47 Stunden. Das Endprodukt enthält 1 0% ungelöster Stärke. Die Dextroseausbeute wird zu 94,6% ermittelt.

Beispiel 9

Eine Stärkeaufschlämmung, die 32% körnige Stärke und 2,0 Einheiten Thermamyl pro g Stärke enthält, wird unter Rühren während einer Zeitspanne von 16 Stunden auf 65" C sowie bei einem pH-Wen von 5,5 und anschließend auf eine Temperatur von 102" C während einer Zeitspanne von 30 Minuten erhitzt Die erhaltene Mischung wird auf 55° C abgekühlt worauf 2ß Einheiten (pro g Stärke) Biozyme M (0-Amylase) zugesetzt werden. Diese Bedingungen bezüglich pH (5,5) und Temperatur (55"C) werden unter kontinuierlichem Rühren während einer Zeitspanne von 48 Stunden aufrechterhalten. Das erhaltene Hydrolysat zeichnet sich durch folgende AnaJysenwerte aus:

Dextroseäquivalent	453
Dextrose	3%
Maltose	54%
Maltotrose	29%
Maltotetrose	1%
Höhere Polysaccharide	13%
Beispiei 10

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

Dextroseäquivalent	43
Dextrose	4,5%
Maltose	47%
Maltotriose	27%
Maltotetrose	2%
Höhere Polysaccharide	19,5%

Wird somit wie die erhaltenen Ergebnisse zeigen, körnige Stärke durch Einwirkung von Bakterien-alpha-Amylase hydrolysiert und durch Einwirkung eines maltogenen Enzyms, z. B. beta-Amylase alicin oder in Kombination mit einer Isoamylase, l. B. Puilulanase, saccharifiziert so wird ein Hydrolysat mit einem hohen Gehalt an Disacchariden (Maltose) und Trisacchariden (Maltotriose) erhalten. Die genaue Zusammensetzung des Hydrolysate variiert in Abhängigkeit von den genauen Bedingungen, unter denen das Verfahren durchgeführt wui de, z. B. der Menge an verwendeten Enzymen und der Frage, ob ein Pullulanaseen2ym verwendet wurde.

Iu der folgenden Tabelle V! sind die wesentlichen Merkmale in bezug auf ein erfindungsgerräß erhaltenes Hydrolysat mit hohem Maltose- und Maltotriosegehalt aufgeführt

Tabelle VI Charakteristika von maltose- und maltotriosereichen Produkten, Angaben in % (Trockenbasis)

Bereich	DE-Wert	Mono saccharide'¹)	Di saccharide¹¹)	Tri- saccharide^c)	DP 4+^d)*)
typisch vorzugsweise	40-60 40-55	o-io 0-5	35-60 40-55	25-50 30-45	25 20

23 Fortsetzung	24 17	639	24	DP 4+V)
Bereich Dli-Wert	Mono saccharide')	Di saccharide'')	Tri- saccharide^c)	15
am meisten 40-50 bevorzugt	0-3	45-50	30-40
^a) Dextrose ^b) Maltose ^c) Maltotriose '') Polysaccharide, /. B. Maltotetrose und höher *) DP = Pdlvmcrisalionsgrad

Die folgenden Beispiele bringen noch weitere r, Detailangaben zur Erläuterung des Erfindungsgegenstandes.

D „ : : - ι

Dieses Beispiel zeigt die Herstellung von Hydrolysatprodukten, die hohe Konzentrationen an Maltose und Maltotriose enthalten. Dieses spezielle Hydrolysat wird durch Anwendung einer Kombination von alpha-Amylase und vermahlenem Gerstenmalz erhalten. Die Zugabe des Enzyms Pullulanase erhöht die Bildung von Maltose und Maltotriose.

Die folgende Arbeitsweise ist typisch für die erfindungsgemäße Herstellung von maltose- und maltotriosereichen Produkten.

Eine Aufschlämmung mit einem Gehalt an 125 g (Trockenbasis) körniger Maisstärke in 300 bis 350 ml Wasser wurde in einem austarierten Becher hergestellt. Die Aufschlämmung wurde in einem 60°C-Wasserbad auf die angegebene Temperatur gebracht und deren pH-Wert wurde mit 0,1 N-Natriumhydroxyd auf 5,5 eingestellt. Abgewogene Mengen von Novo-Bakterien alpha-Amylase und vermahlener Gerstenmalz (Froedtert Grade 72-H) wurden in Megen zugegeben, die 2 bis 20 Einheiten alpha-Amylase und 0,1 bis 1,0% (Trockenbasis) Malz, bezogen auf Stärke (Trockensubstanz) entsprachen. Die Zugabe von 1 Einheit Pullulanase pro g Trockensubstanz hatte eine vorteilhafte Wirkung.

Handelt es sich um eine von Calcium abhängige alpha-Amylase, so sollte das Reaktionsgemisch 100 bis 200 ppm Calciumionen enthalten. Das Calcium konnte in Form einer wäßrigen Lösung des Chloridsalzes /ugeseizi werden.

Das Gewicht der Aufschlämmung wurde sodann durch Zugabe von vVasser auf 500 g eingestellt zur Erzielung einer Stärkekonzentration von etwa 25% (G/G). Das Reaktionsgemisch wurde sodann in das 60°C-Wasserbad zurückgebracht und 24 Stunden lang langsam gerührt. Der pH-Wert wurde periodisch geprüft und erforderlichenfalls erneut auf 5,5 eingestellt. Am Ende der vorgesehenen Reaktionszeit wurde das durch Verdi,-ipfen verloren gegangene Wasser ersetzt und das Reaktionsgemisch wurde filtriert (im Vakuum mit Nr. 4-Buchnertrichter und Nr. 1 -Whatmanpapier).

Ein 200 ml-Anteil des Filtrats wurde in einen Erlenmeyerkolben überführt, mit einem Bunsenstöpsel fest verschlossen und 15 Minuten lang in einem siedenden Wasserbad erhitzt, um das vorhandene Enzym zu inaktivieren. Das erhaltene Filtrat wurde auf Trockensubstanz, DE-Wert und Kohlehydratzusammensetzung analysiert.

Der verbliebene Stärkekuchen wurde mit etwa 500 ml Wasser gewaschen, über Nacht in einem Luftofen bei 50° C getrocknet, gewogen und auf Feuchtigkeit analysiert Der Prozentgehalt an Stärke, der während der Abbaubehandlung solubilisiert wurde, wurde wie folgt berechnet:

Ό Stärke =

g - Gewicht Reststärke, g χ Decimal Trockens. χ 100

Es wurden verschiedene körnige Weizenstärken wie beschrieben abgebaut unter Verwendung verschiedener Kombinationen von Bakterien-alpha-Amylase, vermahlenem Gerstenmalz und Pullulanase. »Thermamyl 60« (eine flüssige bakteriell. alpha-Amylase, gehandelt von Novo Enzyme Corporation) wurde als eine der alpha-Amylase-Enzympräparate verwendet, und bei dem verwendeten Produkt »B-221« handelt es sich um

Tabelle VII

125 g

eine alpha-Amyiase, die aus einem Bacillus subtilis, Mikroorganismus stammt und von CPC International Inc. hergestellt wird. Die verwendete Pullulanase ist ein Verzweigungen aufbrechendes Enzym, das von Mikroorganismen der Bakterienspezies Aerobacter aerogenes erzeugt wird bei geeigenter Inkubation unter Bedingungen von aerober Kultivierung. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle VII aufgeführt

Enzvmdosierung E/g TS	Pullu	Stärke solubilisiert	Trocken	Filtrat, %	Filtrat-
	lanase		substanz		zusammensetzung
alpha- Malz	%(Trocken-	DE-Wert	% (Trockenbasis)
Amylase	basis)		DPI DP-2 DP-3

Novo-alpha-Amylase

5 0,5 0 60,5 19,3 43 3 45 33

5 0.5 ! 61,1 19,7 46 3 52 37

20 0.5 0 66,2 20,9 43 5 41 33

20 0,5 1 67,0 21,4 47 5 47 38

25 Fortsetzung	24 1	7 639	19,2 19.5	Filtrat, % DE-Wert	26	21 27
Knzyrpilosierung E/g TS alpha- Malz PuIIu- Amvliisc lanase	Stärke solubilisiert %(Trocken- Trocken basis) substanz		45 49
CPC B-221 alpha-Amylase 20 0,5 0 20 0,5 1	58,4 56,7	Piltrat- zusammensetzung % (Trockenbasis) DP-I DP-2 DP-3
5 48 5 56

Bedingungen: 25% (ü/G) Wei/ensliirkc, 60 C, 24 Std., nil 5,5, KK)ppm zugesetztes Calcium

Die Ergebnisse zeigen, daß mit Hilfe des Verfahrens der Erfindung mehr als !>6% der körnigen Maisstärke (d. h. etwa 56 bis 57%, bezogen auf Trockenbasis) soiubiiisiert werden bei Verwendung des Doppeienzymsystems aus Bakterien-alpha-Amylase und dem maltogenen Enzym (Gerstenmalz). Die Ergebnisse zeigen ferner, daß die Hydrolysate einen DE-Wert im Bereich von etwa 40 bis 60, vorzugsweise im Bereich von etwa 40 bis 55 und besonders bevorzugt im Bereich von etwa 40 bis 50 aufweisen. Eine der hervorstechendsten Eigenschaften dieser Produkte ist ihr Gehalt an etwa 35 bis 60 Gew.-% (Trockenbasis) Maltose, etwa 25 bis 50 Gew.-% (Trockenbasis) Maltotriose und weniger als etwa 10% Dextrose. Diese ganz speziellen Hydrolysate können typischerweise dadurch charakterisiert werden, daß su eine Kombination aus Maltose und Maltotriose in einer Menge von etwa 60 bis 95 Gew.-%, bezogen auf Trockenbasis aufweisen, wobei der kombinierte Gehalt an Maltose und Maltotriose vorzugsweise etwa 70 bis 90 Gew.-%, bezogen auf Trockenbasis, beträgt und der Dextrosegehalt vorzugsweise geringer als etwa 5 Gew.-%, bezogen auf Troekenbasis, ist.

Eines der ungewöhnlichsten Charakteristika der erfindungsgemäßen maltose- und maltotriosereichen Produkte ist das Vorliegen einer großen Menge (d. h. mindestens etwa 25 Gew.-%, bezogen auf Trockenbasis) an Maltotriose und ein niedriger Dextrosegehalt Die maltosereichen Hydrolysate des Standes der Technik enthalten in der Regel etwa 20 Gew.-%, bezogen auf Trockensubstanz, oder weniger Maltotriose.

Die obigen Ergebnisse zeigen ferner, daß die Zugabe einer Isoamylose, z. B. Pullulanase, zu dem Reaktionsgemisch zu einer Erhöhung der Konzentration an iviaitotriose im Gemisch fuhrt.

Beispiel 12

Dieses Beispiel zeigt einen Vergleich zwischen einer Hydrolysatmasse, die durch Abbau eines Substrats aus

>> löslicher Stärke mit Hilfe einer Kombination von Bakterien-alpha-Amylase und einem maltogenen Enzym erhalten wurde und einem analogen Hydrolysat, das unter den gleichen Bedingungen unter Verwendung von körniger Stärke als Substrat erhalten wurde.

so Die Abbauversuche wurden an einem 20%igen (G/G) wachsartigen Maisstärkehydrolysat mit einem DE-Wert von 4,8 durchgeführt (das verflüssigte wachsartige Stärkehydrolysat wurde durch Verflüssigung von wachsartiger Maisstärke mit Hilfe eines bakteriellen

π alpha-Amylaseenzyms hergestellt) unter Verwendung von Kombinationen aus Bakterien-alpha-Amylase (»Thermamyl 60« oder »CPC B-221«), Malz und Pullulanase bei 60° C und einem pH-Wert von 5,5. Die angewandte Verfahrensweise war die gleiche wie in

-ίο Beispiel 5 beschrieben. Die bei Verwendung der Hydrolysatsaccharidmassen erhaltenen Ergebnisse wurden mit den Ergebnissen verglichen, die mit einem körnigen Stärkehydrolysat gemäß Tabelle VII erzielt wurden. Die Vergleichsdaten sind in der folgenden

4-, Tabelle VIII aufgeführt.

Tabelle VIII

Abbau von verflüssigter und körniger Stärke mit einer Kombination von Bakterien-alpha-Amylase und einem maltogenen Enzym

Substrat

Abbauzeit DE-Wert Filtratzusammensetzung

% (Trockenbasis)

Std. DP-I DP-2

DP-3

»Thermamyl 60« + Malz³)
Hydrolysat¹") 24

Hydrolysat¹⁵) 48

Körnige Maisstärke"¹) 24

»Thermal 60« + Malz + Pullulanase²)

Hydrolysat^ 24

Hydrolysat") 48

Körnige Maisstärke⁰) 24

39	3	46	23
40	3	48	23
43	3	45	33
46	2	59	33
47	3	60	34
46	3	52	37

	Fortsetzung	24	Abbauzeit	24	17 639	28	DP-2	DP-3
27	Substrat			48
		Std.	24		fMltratzusammtnsetzung	51	18
		DLi-We rt	"/« (Trockenbasis)	51	18
»B-221« + Malz")	24		DP-I	48	21
Hydrolysat¹¹)	48
Hydrolysat¹¹)	24		3	60	26
Körnige Maisstärke¹')	»B-221« + Malz + Pullulanase	39	3	62	26
Hydrolysat¹¹)	39	5	56	27
I lydrolysat^b)	45
Körnige Maisstärke		2
45	2
46	5
49

') Enzymdosierungen: .'S Einheiten alpha-Amylase/g (TS) außer für »B-221 «-körnige Stärke, wo 20 E/G

(TS) verwendet wurden; 1 Einheit Pullulanase/g (TS); und 0,5% (Trockenbasis) Malz
^h) wachsarligcs Maisstärkehydrolysat; 4,8 DE
^c) bei 57% bis 61 % Solubilisation

Die Ergebnisse zeigen, daß unter identischen r, zeigen ferner, daß die Zugabe von Pullulanase die

Bedingungen höhere Konzentrationen an Maltotriose Konzentrationen an Di- und Trisacchariden erhöht, und

aus körniger Stärke erzeugt werden im Vergleich zu daß »Thermamyl 60« mehr Maltotriose bildet als

Produkten, die bei Verwendeng von verflüssigter Stärke »B-221 «-Bakterien-alpha-Amylase.
als Substratmaterial erhalten werden. Die Ergebnisse

Beispiel 13

Das in Beispiel 12 beschriebene Verfahren wurde Ergebnisse dieser Versuche wurden mit denen des

wiederholt unter Verwendung einer Kombination aus r> vorstehenden Beispiels verglichen, in dem Malz als das

»Thermamyl L-60« und Sojabohnen (la s maltogenes maltogene Enzym verwendet wurde. Die erhaltenen

Enzympräparat). Der Abbau wurde bei einem pH-Wert Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle IX aufgeführt,
von 5,5 und 6,5 (zwei Abbauveirsuche) durchgeführt. Die

Tabelle IX	pH	DE- Wert	Filtratzusammensetzung % (Trockenbasisi	DP-3	DP4
Enzyme")			DP-I DP-2	33	19
	5,5	43	3 45	35	16
»Thermamyl L-(:iO« + Malz	5,5	45	3 46	38	13
»Thermamyl L-60« + Sojabohnen	6,5	43	4 45
»Thermamyl« + Sojabohnen

^a) Bedingungen: 25% (G/G) Maisstärke, 60⁰C, 24 Std.; 5 Einheiten »Thermamyl L-60«/g (Trockensubstanz); 0,5% Malz oder Sojabohnen vermählen

Beispiel 14

Dieses Beispiel zeigt den Einfluß eines grenzflächen- bo Kombination von 5 E »Thermamyl«/g (Trockensubaktiven Mittels wie Natrimmdodecy!sulfat bei der stanz) und 0,5% (Trockenbasis) vermahlenem Gersten-Herstellung von maltose- und maltotriosereichen malz in Gegenwart und Abwesenheit von Pullulanase (1 Hydrolysaten durch das SoliLbilisationsverfahren nach E/g (Trockensubstanz)) bei 60° C. pH 5,5 während eines der Erfindung. Zeitraums von 24 Stunden durchgeführt Die Ergebnisse

Es wurden Aufschlämmungen körniger Maisstärke <>5 diese Versuchsansätze wurden mit den Ergebnissen

von 25% (G/G) hergestellt, die 0,1% Nalriumdodecyl- verglichen, die in Beispiel 5 erhalten wurden. Diese

sulfat, bezogen auf Stärke (Trockenbasis) enthielten. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle X aufgeführt
Abbauversuche wurden unter Verwendung einer

	29	X	SolubiÜEiertc Stärke	69,6	69,8	% (TS)	24 17	639	Pnlluljina.se	42	DP-I	DP-2	30	dp-:
Tabelle	%(Trocken basis)	61,1	60.5				19,88	46
NDS^a)	»Tbermamyl« + Malz	»Thermamyl« + Malz +				19.68	0	41		2
	Ja	Ja		19,88		3	45	DP-3	1
Nein	Nein	19,31	Filtratzusammensetzung % (Trockenbasis)
Dl:.	0	45	31	1
	3	52	33	1
39
43	35
37

') Natriumdodecylsulfat

^) Bedingungen: 257« (U/G) Maisstarke: WJ⁰C, pll 5,5 24 Md., 5 kinheiten »Thermamyl L-60«/g (TS), 0,5% Malz (Trockenbasis), 1 Pullulanase Einheit/g (TS), 0,1% NDS (Trockenbasis)

Die Ergebnisse zeigen, daß die Zugabe eines grenzflächenaktiven Mittels die Stärkesolubilisierung um etwa 9% erhöht und den DE-Wert erniedrigt (was vermutlich auf eine partielle Inaktivierung der Malzenzyme zurückzuführen ist).

Beispiel 15

Dieses Beispiel zeigt die Herstellung von maltose- und maltotriosereichen Hydrolysaten nach dem erfindungsgemäßen Zweistufentemperaturverfahren.

Körnige Maisstärke wurde in einer Konzentration von 25% (G/G) aufgeschlämmt und mit 2 Einheiten »Thermamyl 60 L«/g (Trockensubstanz) bei einem pH Wert von 6,0 vermischt. Das erhaltene Gemisch wurde anfänglich auf 60⁰C erhitzt zur Erzeugung löslicher Zucker, um die Gelatinisierung zu hemmen, worauf von 60 auf 75°C innerhalb von 2 Stunden erhitzt wurde. Die Aufschlämmung wurde unter Rühren 22 Stunden lang auf 75°C gehalten unter Erzielung einer Solubilisierung von 94% oder mehr. Anteile des unfiltrierten Abbaugemisches wurden sodann mit verschiedenen Enzymen umgewandelt (saccharafiziert). Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle XI aufgeführt.

Tabelle XI

Hydrolysate, die durch Sacch;irifikation von bei 75 C solubilisiertcr körniger Maisstärke erhalten wurden

Saccharin kationsenzyme^a)	pH	Gesamt-	Filtratzusammensetzung, %	DE	DP-I	DP-2	DP-3
		solubili-	(Trockenbasis)
		sation, %		46	8	38	34
		(Trocken	TS	52	8	47	41
		basis)
Gerstenmalz, 0,5%	5,5	95,3	25,8	46	8	37	35
Gerstenmalz, 0,5%,	5,5	95,6	25,9	61	31	38	14
Pullulanase 1 E/g (TS)
Sojabohnen, 0,5%	6,0	94,9	26,1	67	39	41	4
Pancreas-alpha-Amylase,	5,0	95,2	25,9
1,0%
»Rhozyme K-4«, 0,05%	5,0	95,4	26,4

^a) Saccharifikationsbedingungen: 24 Std. bei 60 C

Beispiel

Dieses Beispiel zeigt Abbauversuche an körniger Stärke mit dem Ziele, die durch Solubilisierung allein mit alpha-Amylase nach dem Verfahren der Erfindung erhaitene.Saccharidverteilung festzustellen.

Ein Gemisch aus körniger Stärke und Wasser mit einer Feststoffkonzentration von 30% (G/G) wurde mit 2 Einheiten »Thermamyl«/g (Trockensubstanz) bei einem pH-Wert von 5,5 und einer Temperatur von 60⁰C abgebaut Die nach 24 bzw. 48 Stunden Abbauzeit erhaltenen Solubilisationswerte betrugen 35,0 bzw. 38,6%. Die im Filtrat gefundene Saccharidverteilung ist in der folgenden Tabelle XII aufgeführt

Tabelle XII	31	24 17 639	13,2 18,0 5,4 14,3 18,2 5,4	30,8 29,3	6	32	7	8
Abbauzeit Std.	DE-Wert			2,7 2,5	3,7 3,7	18,8 10,0
24 48	34,6 35,3	Saccharidanalyse des Filtrats, % (Trackenbasis) 12 3 4 5
	7,5 8,6

Die Ergebnisse zeigen, daß durch Verlängerung der Abbauzeit von 24 auf 48 Stunden keine wesentliche Ändening in der Saccharidzusammensetzung und keine wesentliche Änderung im DE-Wert des Hydrolysats eintritt Die Ergebnisse zeigen ferner, daß das erfindungsgemäöe Verfahren bei alleiniger Verwendung von alpha-Amylase zur Bildung einer großen Menge an DP-5-Polysacchariden führt, nämlich zur Bildung von mehr als 25 Gew.-°/o (Trockenbasis) und in 2η der Regel von mindestens etwa 30 Gew.-«/b (Trockenbasis) an diesem Polysaccharid.

Eines der wesentlichen Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Tatsache, daß körnige Stärke ohne jede wesentliche Gelatinisierung der unlöslichen j-, Stärke solubilisiert wird. In anderen Worten, jede restliche unlösliche Stärke liegt in praktisch körniger und ungelatinisierter Form vor. Dieser Gesichtspunkt d?r Erfindung ist vom wirtschaftlichen Standpunkt her bedeutsam, weil das Stärkehydrolysat leicht filtriert jo werden kann zur Entfernung der restlichen körnigen Stärke falls solche vorliegt, und es erfolgt kein merklicher Viskositätsanstieg aufgrund der Gelatinisierung der Stärke. Die unlösliche körnige Stärke kann leicht isoliert und gewünsclitenfails rezyklisiert werden, j,

Das Verfahren der Erfindung kann, wie oben beschrieben, in verschiedener Weise durchgeführt werden. So kann z. B. dit: körnige Stärke allein mit alpha-Amylase abgebaut werden, vorausgesetzt, daß solche Bedingungen eingehalten werden, daß eine wesentliche Gelatinisierunj: der Stärke nicht eintritt. Die Gelatinisierung wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verhindert durch Rühren der körnigen Stärke und des Wassers mit der alpha-Amylase bei einer Temperatur von etwa 40°C, vorzugsweise 50⁰C, bis hinauf zur tatsächlichen Gelatinisierungstemperatur der Stärke. Durch Vermischen der körnigen Stärke und des Wassers mit der alpha-Amylase bei den niedrigeren Temperaturen, z. B. 40°C, bis hinauf zur tatsächlichen Gelatinisierungstemperatur der Stärke werden lösliche -,<> Hydrolysatprodukte gebildet, die dazu neigen, die Gelatinisierung der verbleibenden Stärkegranalien zu hemmen. Bei fortschreitendem Abbau werden mehr Stärkehydrolysate gebildet, die es ermöglichen, die Temperatur des Gemisches zu erhöhen, und zwar bis zu v> einer Temperatur von etwa S0°C. Temperaturen von über etwa 80° C werden in der Regel vermieden, da dann selbst in Gegenwart der löslichen Stärkehydrolysatprodukte eine Gelatinisierung der körnigen Stärke eintritt.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich ho somit von dem bekannten Verfahren, z. B. dem in der US-PS 37 20 583 beschriebenen, gemäß welchem eine Verdünnungs- oder Verflüssigungs-Verfahrensstufe vor der Behandlung der Stärke mit dem alpha-Amylaseenzyp*. angewandt wird. t,-,

Wie die Beispiele zeigen, werden besondere Vorteile dann erzielt, wenn ein Saccharifikationsenzym in Verbindung mit dem alpha-Amylaseenzyin angewandt wird. Das in Kombination mit dem alpha-Amylaseenzym verwendete Saccharifikationsenzym bewirkt wesentliche Vorteile bei der Solubilisierung der körnigen Stärke. Erfindungsgemäß kann jedes bekannte Saccharifikationsenzym verwendet werden. Typische geeignete Saccharifikationsenzyme sind z. B. solche, die zur Hydrolyse oder Aufspaltung der Bindungen in dem Stärkemolekül befähigt sind. Beispiele für erfindungsgemäß in Kombination mit dem alpha-Amylaseenzym verwendbare Saccharifikationsenzyn?e sind Glucoamylase, beta-Amylase. isoamylase (Pullulanase), Maltase, Isomaltase (Transglucosidase) und dergleichen. Andere Kohlehydrat-Umwandlungsenzyme können in Kombination mit alpha-Amylase und dem Saccharifikationsenzym oder zur Nachbehandlung des erhaltenen Stärkehydrolysate verwendet werden. Typische derartige Enzyme sind z. B. Glueoseisomerase und alpha-1,6-GIucosidase.

Wie vorstehend erläutert kann das erfindungsgemäße Verfahren in solcher Weise durchgeführt werden, daß zunächst ein Teil der körnigen Stärke, d. h. mindestens etwa 10 Gew.-%, vorzugsweise mindestens etwa 50 Gew.-%, solubilisiert wird durch Behandlung des Gemisches aus körniger Stärke und Wasser mit alpha-Amylase, und anschließend das solubilisierte Stärkehydrolysat (das auch noch nicht-umgewandelte unlösliche Stärkegranalien enthalten kann) mit mindestens einem Saccharifikationsenzym bei einer Temperatur im Bereich von etwa 50 bis 65⁰C behandelt wird. Gewünschtenfalls kann die solubilisierte Stärke und die verbleibende nicht-umgewandelte unlösliche Stärke einer Hitzebehandlung (z. B. im Autoklaven) unterworfen werden bei einer Temperatur von 100 bis etwa 170⁰C, um gegebenenfalls noch vorliegende unlösliche Stärkegranalien vor der Saccharifikations-Verfahrensstufe zu verflüssigen und/oder zu solubilisieren. Der letztgenannte Aspekt bietet bestimmte wirtschaftliche Vorteile bei der Reinigung des Endprodukts.

Die durch Saccharifikation mit beta-Amylase gewonnenen Stärkehydrolysate (die Produkte mit hohem Maltose- und Maltotriosegehalt) sind zur Herstellung von Bonbons und Lutschbonbons verwendbar, wenn eine Transparenz des Endproduktes gewünscht wird. Diese außergewöhnlichen Produkte können ferner als chemische Zwischenprodukte bei der Herstellung wertvoller polyfunktioneller Derivate oder als Zwischenprodukte bei der Herstellung verschiedener Polymermassen, bei denen eine Reaktion von Hydroxylgruppen eine Rolle spielt, verwendet werden. Diese Produkte sind besonders geeignet als Zwischenprodukte zur Herstellung verschiedener Detergentienbildner. Die maltose- und maltotriosereichen Produkte können ferner mit anderen Materialien, z. B. Maltodextrincn, kombiniert oder vermischt werden, um Produkte mit verbessertem Gesamt-»Körper« und verminderter Hygroskopizität zu erhalten.

909 533/211

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Umwandlung einer körnigen Stärke in ein lösliches Hydrolysat unter Verwendung von alpha-Amylase, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus körniger Stärke, Wasser und einer alpha-Amylase bei einer Temperatur zwischen der normalen Ausgangsgelatinisierungstemperatur und der tatsächlichen Gelatinisie- rungstemperatur der Stärke sowie bei einem pH-Wert von etwa 4 bis 7 bewegt wird.

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

3. Verfahren zur Umwandlung von körniger Stärke in ein lösliches Hydrolysat unter Verwendung von alpha-Amylase, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus körniger Stärke, Wasser und alpha-Amylase, die auf Bacillus Iicheniformis zurückgeht, bei einer Temperatur von ungefähr 40⁰C bis zu der Gelatinisierungstemperatur der Stärke und bei einem pH-Wert von etwa 4 bis 7 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 5 und ungefähr 40% schwankt

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

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzte Alpha-Amylase aus J5 einer bakteriellen alpha-Amylase besteht

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

9. Verfahren zur Umwandlung einer Stärke in ein lösliches Hydrolysat unter Verwendung von alpha-Amyiase, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus körniger Stärke, Wasser, einer bakteriel- <r> len 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 bis 7 bewegt wird. >o

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

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

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der eingesetzten bakteriellen alpha-Amylase derartig ist, das ungefähr 0,1 bis ungefähr 25 Aktivitätseinheiten eo 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 ni 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

15. 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 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzte Glukoamylase auf die Aspergillus niger Gruppe zurückgeht

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzte Glukoamylase auf den Rhizopus genus zurückgeht

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzte bakterielle alpha-Amylase 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 Iicheniformis 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 ljO% eine 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 Anfangsgelatinisierungsternperatur der Stärke und der tatsächlichen Gelatinisierungstemperatur der Stärke sowie bei einem pH von ungefähr 4,0 bis ungefähr 7,0 zur Umwandlung von wenigstens 10% 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 lösliche Hydrolysat mit Glukoamylase verzuckert wird.

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

23. Verfahren nach den Ansprüchen 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 Iicheniformis 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° C 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 Aktivitätseinheiten 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 Glukoamylase bei einer Temperatur zwischen der normalen Anfangsgelati-

nisierungstemperatur der Stärke und der tatsächlichen Gelatinisierungstemperatur der Stärke sowie bei einem pH von ungefähr 4,0 bis ungefähr 7,0 zur Umwandlung von wenigstens 10% der Stärke in ein lösliches Hydrolysat bewegt wird und (2) die Temperatur auf 50 bis 65° C sowie der pH auf 4,0 bis 43 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 alpha-Amylase auf einen Bacillus Mikroorganismus zurückgeht

31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzte bakterielle alpha-Amy läse auf einen Bacillus licheniformis-Mikroorganismus zurückgeht

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 3!, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Stufe 1 auf einen Wert zwischen ungefähr 65 und ungefähr 75° C eingestellt wird.

33. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der zur Durchführung der Stufe (1) eingesetzten alpha-Amylase zwischen ungefähr 0,1 und ungefähr 25 Aktivitätseinheiten pm g Stärke schwankt

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der zur Durchführung der Stufe (1) eingesetzten Glukoamylase zwischen ungefähr 0,05 uncr ungefähr 5,0 Einheiten pro g Stärke schwatiKL

35. Verfahren nach einem der Ansprache 28 bis 32, dadurch gekennzeichnet daß die Menge der zur Durchführung der Stufe (2) eingesetzten Glukoamylase ungefähr 0,1 bis ungefähr 1,0 Aktivitätseinheiten pro g Stärke beträgt

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

a) Solubilisieren einer wäßrigen Aufschlämmung 4-, einer körnigen Stärke durch Behandlung mit einer alpha-Amylase unter solchen Bedingungen, unter denen eine Gelatinisierung vermieden wird, zur Solubilisierung von wenigstens ungefähr 10% der Stärke, ,0

b) Erhitzen der wäßrigen Aufschlämmung auf einer Temperatur oberhalb der Gelatinisierungstemperatur 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 w 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 Glukoamy- ηί läse oder 0-Amylase besteht.

39. Verfahren zur Hydrolyse von Stärke unter Verwendung von alplia-Amylase, dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Stufen in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden:

a) Herstellung einer wäßrigen Aufschlämmung aus einer körnigen Stärke und einer alpha-Amylase bei einem pH von ungefähr 5 bis ungefähr 7 und Erhitzen der Mischung auf eine Temperatur von ungefähr 40° C bis zu der Gelatinisierun#stemperatur der Stärke zur Solubilisierung von wenigstens ungefähr 10% der Stärke,

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° C 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 ^-Amylase besteht

42. Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet daß das Verzuckerungsenzym der Stufe (c) eine /J-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 Verzuckeru^gsenzym der Stufe (a) aus Glukoamylase oder j3-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 150° C besteht.

46. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man ein beta-Amylase-Enzympräparat in solcher Menge verwendet, daß etwa 0,1 bis 5 beta-Amylase-Aktivitätseinheiten pro g Stärke (Trockenbasis) entfallen.

47. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch aus Stärke, Wasser, alpha-Amylase-Enzympräparat und Saccharifikationsenzympräparat verwendet, das zusätzlich ein Pullulanase-Enzympräparat in solcher Menge enthält, daß in dem Gemisch etwa 0,1 bis 0,5 Pullulanase-Aktivitätseinheiten pro g Stärke (Trockenbasis) entfallen.

48. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umwandlung und Solubilisierung in einer Ultrafiltrationszelle durchführt unter Zurückhaltung des Enzyms und der nicht-löslichen Stärke in der Zelle und unter Durchtretenlassen des löslichen Maisstärkehydrolysates durch eine semipermeable Membran.