DE2519566A1 - Verfahren zur umwandlung von staerke in fructose - Google Patents

Description

• " Verfahren zur Umwandlung von Stärke in Fructose " Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung von Stärke in Fructose und insbesondere ein Verfahren dIeses Taps, bei dem die Umwandlung vollenzymatisch durchgeführt wird.
• Stärke ist ein polymeres Kohlenhydratamterial mit sehr hohem Molekulargewicht. Ihre Monomereinheiten werden als Anhydroglucosecilzileit*n bezeichnet. Die vollständige I-Iydrolyse von Stärke liefert Glucose. Glucose, die in kristallisierter For.l als Dextrese bezeichnet wird, kann ihrerseits entweder durch alkalische oder cnzymatische Katalyse zu Fructose isomerisiert werden. Die enzymatisch katalysierte Isomerisation von Glucose zu Fructose gewinnt steigende Bedeutung, da in jüngster Zeit erhebliche Fortschritte bezüglic}l der Umwandlung von Glucose in Fructose durch enzymatische Katalyse erzielt wurden.
• Von dem ganzen in der Telt verbrauchten "Zucker" ist Saccharose der bei weitem am meisten verwendete. Saccharose ist üblicherweise unter der Bezeichnung Zucker, Speisezucker, Rüben- oder Rohrzuclcer bekannt. Saccharose ist ein bemerkenswert beständiges Produkt und weist sehr gute Süßungseigenschaften auf. Saccharose ist jedoch nicht völlig frei von Nachteilen, da sie in hohen Konzentrationen dazu neigt, zu kristallisieren und dadurch die Textur und das Aussehen von Nahrungsmitteln beeinträchtigt, die Saccharose enthalten. Außerdem wird von einigen Leuten behauptet, 1 daß die Süße von Saccharose der Tiefe und Fülle ermangle.
• Glucose bzw. Dextrose stellt eine Alternative zur Saccharose dar, jedoch fehlt der Dextrose der hohe Grad an SüS-kraft, der Saccharose auszeichnet. Die Süßigkeit von Dextrose wird im allgemeinen mit etwa 60 bis 80 Prozent derjenigen von Saccharose bewertet, weshalb der Preis, zu dem Dextrose verkauft wird, entsprechend niedriger als derjenige von Saccharose ist. Wie Saccharose neigt auch Dextrose dazu, leicht zu kristallisieren.
• Fructose ist dagegen sogar noch süßer als Saccharose und eist zudem nicht die unerwünschte Neigung auf, leicht und glatt zu kristallisieren.
• Leider kommt Fructose nicht in großen Mengen natürlich vor.
• Außerdem war ihre Herstellung bislang schwierig. Ihre Herstellung aus Saccharose durch Hydrolyse mit Salzsäure oder mit Hilfe des Enzyms Invertase ist seit langem bekannt.
• Bei dieser Hydrolyse erhält man sogennanten Invertzucker, der zur Hälfte aus Fructose und zur anderen Ilälfte aus Glucose besteht.
• Die Gesamtumwandlung von Stärke in Fructose umfaßt gewöl1nlich drei hauptsächliche getrennte Stufen: Verdünnung der Starke, auf die die Verzuckerung der Stärke folgt, die wiederum von der Isomerisation gefolgt wird.
• In der ersten Stufe wird eine wäßrige Stärkeaufschlämmung erhitzt, um die Stärke zu gelatinieren bzw. zu verkleistern, wobei diese gleichzeitig mit einer -Amylase oder einer Säure behandelt wird, um sie in ein IIydrolysezwisc11enprodukt umzuwandeln, das im Vergleich zu dem ursprünglichen angeteigten wäßrigen Stärkegemisch eine beträchtlich verringerte Viskosität besitzt. Dann wird in der zweiten Stufe dieses Hydrolysezwischenprodukt verzuckert, d.h. durch Behandeln mit einem verzuckernden Enzym, d.h. einer Glucamylase, in Glucose umgewandelt. In der dritten Stufe wird das so erhaltene Glucoseprodukt mit einer Isomerase behandelt, webei sich dann ein Produkt bildet, das etwa zur Hälfte Glucose und zur Hälfte Fructose enthält. Wahlweise kann man das Glucoseprodukt auch mit einer Base, wie Natriumhydroxid behandeln, um ein Produkt zu erzeugen, das jedoch höchstens etwa 30 Prozent Fructose enthält.
• Jede der vorstehenden Stufen wird unter verschiedenen Bedingungen bezüglich des pH-Werts und der Temperatur durchgeführt, um den Wirkungsgrad jeder Stufe optimal zu gestalten.
• Es ist daher erforderlich, diese Bedingungen am Ende jeder Stufe jeweils neu einzustellen und dabei erheblich zu verändern, was dazu führt, daß der Gesntwirkungsgrad bzw.
• die Gesamtwirtschaftlichkeit des Verfcilrens beträchtlich vermindert wird. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Umwandlung von Stärke in Fructose zu schaffen, das hohe Ausbeuten an Fructose ergibt, sich dadurch auszeichnet, daß bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen gearbeitet wird bzw. werden kann und das außerdem zweckmäßig und wirtschaftlich in einer Stufe durchgeführt werden kann.
• Es wurde nun gefunden, daß sich diese Aufgabe iiberraschenderweise durch ein Verfahren zur IIerstellung Fructose-haltiger Gemische aus in Form von Stärkekörnern vorliegender Stärke (icörnige Stärke) lösen läßt, bei dem man gemeinsam α-Amylase, Glucamylase und Isomerase anwendet und auf die körnige Stärke in Gegenwart von Wasser einwirken läßt, wobei unter Bedingungen gearbeitet wird, bei denen eine Gelatinierung bzw. Verkleisterung der Stärke vermieden wird.
• Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Umwandlung von Stärke in Fructose, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine körnige Stärke bei einem pH-Wert im Bereich von etwa 5,0 bis 7,0 und einer Temperatur, die im Bereich von etwa 40 bis 700C und unter derjenigen liegt, bei der die Stärke zu gelatinieren beginnt, mit Wasser, bakterieller- α-Amylase, Glucamylase und Isomerase mischt.
• I)ieses Verfahren löst die vorstehenden Aufgaben weitestgehend aufgrund der kombinierten, synergistischen Wirkung der bakteriellen α-Amylase, und Isomerase, die btu einer effizienten Erzeugung von Fructose bei einer einzigen Temperatur und einem einzigen pH-Wert führt.
• Als Srärke kann beim Verfahren der erfindung jede beliebige der allgemein erhältlichen Stärken verwendet werden, u.a.
• Mais-, Wachsmais-, Tapioca-, Kartoffel-, weiße Süßkartoffel-, Weize-, Sage- und/oder Sorghumstärke und dergleichen. Es eignen sich wachsige und die nicht-wachsigen Stärken. Wie bereits erw@hnt, ist die Stärke "körnig". Es können auch Maisgrits und andere Rohmaterialien mit hohem Stärkegehalt mit befriedigenden Ergebnis verwendet werden. Maisstärke stellt wegen ihrer leichten Verfügbarkeit ein bevorzugtes Rohrmaterial dar.
• Ein wichtiger Vorteil des Verfahrens der Erfinduiig ist darin zu sehen, daß es in einer wäßrigen Aufschlämmung mit einer relativ hohen Konzentration durchgeführt werden kann. Der Festtoffgehallt der Stärkeaufschlämmung liegt im allgemeinen iii einem Bereich von etwa 10 bis etwa 70 Prozent. Gewöhnlich liegt der Feststoffgehalt zwischen 20 und 50 Prozent, Es können natürlich auch geringere Konzentrationen angewandt werden. In der Regel nimmt die Stärkesolubilisierung ab und damit die Fructoseausbeute zu, wenn man die Konzentration verringert. In der Praxis ist es jedoch in den meisten Fällen außerordentlich erwünscht, mit kleinen Volumina, d.h.
• hohen Stärkekonzentrationen, zu arbeiten. Dadurch werden die beträchtlichen Kosten für das Konzentrieren des Urmfandlungsgemisches vor der als letzter Arbeitsgang folgenden Abtrennung der Fructose vermieden oder zumindest verringert.
• In einigen Fällen kann jedoch der Vorteil einer höheren Ausbeute ausreichen, um die durch die Anwendung niedrigerer Konzentrationen antehenden Nachteile auszugleichen, wobei dann eine Konzentration von etwa 10 Prozent Feststoffen bevorzugt wire, Das Verfahren der Erfindung ermäglicht es, ao Prozent oder mehr der in einer wäßrigen Aufschlämmung mit einem Stärkegehalt von 30 bis 40 Prozent enthaltenen Stärke zu solubilisieren. Außerdem kann die nicht gelöste Stärke im Kreislauf zurückgeführt werden, um die Gesamtenffizienz zu verbessern, d.h. vorher nicht gelöste Stärke zu lösen und hierauf in Fructose umzuwandeln. Ein vorteilhafter Nebeneffekt einer derartigen Rückführung ist darin zu sehen, daß auf diese Weise auch ein signifikanter Teil der Enzymaktivität wiedergewonnen wird. Die auf diese Weise erhaltene solubilisierte bzw. verzuckerte Stärke besitzt ein Dextroseäquivalent (DE) von 90 bis 95. Der Ausdruck Dextroseäquivalent bzw. "DE" gibt den Gehalt des isomerisierten Hydrolysatz an reduzierenden Zuckern, berechnet als Dextrose und ausgedrückt in Gewichtsprozent der vorhandenen Trockensubstanz an.
• Als bakterielle 2-Amylase wird vorzugsweise eine α-Amylase verwendet, die bei einem verhältnismäßig niedrigen pH-Wert, d.h. einem pH im Bereich von etwa 5,0 bis etwa 7,0 und bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen, d.h. unterhalb der Temperatur, bei der die jeweils verwendete Stärke gela tiniert, aktiv ist. Bevorzugte Quellen für derartige α-Amylasen sind u.a. bestimmte Arten von Bacillus-Mikroorganisme, nämlich B. subtilis, B. licheniformis, B.
• coagulans und B. amyloliquefaciens. Für die Zwecke der Erfindung geeignete α-Amylasen sind in der österreichischen Patentanmeldung Nr. 4836/70 und in der US-PS 3 697 378 beschrieben. Besonders geeignete Amylasen sind diejenigen, die, wie ill der vorstehenden österreichischen Patentanmeldung beschrieben, aus B. licheniformis gewonnen werden.
• Besonders bevorzugt ist aus B. licheniformis vom Stamm NCIB 8061 gewonnene A-Amylase. Weitere spezielle, besonders geeignete Mikroorganismen sind u.a. B. licheniformis vom Stamm NCIB 8059, ATC0 6598, ATCC 6634, ATOC 8480, ATG0 9945A und ATCC 11945. Ein derartiges α-Amylasepräparat ist unter der Handelsbezeichnung "THERMAMYL" von der Firma Novo Terapeutisk Laboratorium, Kopenhagen, Dänemark, zu erhalten.
• THERMAMYL weist folgende charakteristische Eigenschaften auf: (a) Thermische Beständigkeit, (b) breiter pH-Aktivitätsbereich und (c) Aktivität und Hitzebeständigkeiit hängen nicht von der Anwesenheit zugesetzter Calciumionen ab.
• Analyse eines brauchbaren Präparats Trockensubstanzgehalt (TS), % 94,6 α-Amylaseaktivität, E/g (Anlieferungszust.) 9124 Protein, % bez. auf TS 21,2 Aschegehalt, % bez. auf TS Calciumgehalt, % bez. auf TS 4,9 Weitere geeignete α-Amlyasepräparate sind u.a. THERMAMYL 60 (flüssig) und THERMAMYL 120 (fest), die folgende Analysenwerte aufweisen: THERMAMYL THERMAMYL 60 120 Trockensubstanzgehalt (TS), % 35,4 98,8 α-Amylaseaktivität, E/g (Anliefe- 1156 2105 rungszust.) Protein, % bez. auf TS 26,5 21,2 Aschgehalt, % " " " 60,1 91,2 Calciumgehalt,% " " " 0,04 0,72 Natriumgehalt,% " " " 12,3 12,2 Weitere geeignete, im Handel erhältliche α-Amylasepräparate sind u.a. die in der nachstehenden Tabelle I aufgeführten Produltc: T a b e l l e I Enzympräparat Liefergesell- Form Aktivität schaft Rohzyme H-39 Rohm & Haas Pulver 4874 µ/g Takamine HT-1000 Miles " 3760 µ/g Tenase Miles Flüssig- 2043 µ/ml keit Dex-Lo MM Wallerstein " 1213 µ/ml Novo SP-96 Novo Pulver 7310 flug Nove B substilis Novo Flüssig- 1599 µ/ml keit Kleistase GM-16 Daiwa Kasai Pulver 26593 µ/g Kleistase L-1 Daiwa Kasai Flüssig- 1918 µ/ml keit Rapidase SP-250 Societe "Rapidase" Pulver 1655 µ/g Frankreich Die zu verwendende Menge an bakterieller α-Amylase liegt zweckmäßigerweise ill einem Bereich von etwa 1s0 bis etwa 25 Einheiten pro Gram Stärke (bezogen auf Trockensubstanz).
• Die Verwendung größerer Mengen ergibt keinen praktischen Vorteil. Die erhöhte Solubilisierung von Stärke, die sich aus der Verwendung von mchr als 25 Einheiten pro Gramm ergibt, rechtfertigt nämlich die zusätzlichen Enzymkosten nicht.
• Dic α-Amylaseaktivität eines Enzyms wird wie folgt bestimmt: Man läßt das Enzym mit einer Standardstärkelösung unter geregelten Bedingungen reagieren, Die Enzymaktivität wird anhand des Ausmaßes der Starkehydrolyse bestimmt, die sich in einer Abnahme der Jodfärbungskapazität widerspiegelt, die spektrophotometrisch gemessen wird. Die Einheit der baktereillen α-Amylaseaktivität ist diejenige Enzymmenge, die erforderlich ist, um 10 mg Stärke pro Minute unter den gegebenen Verfahrensbedingungen zu hydrolysieren. Die Methode ist auf bakterielle α-Amylassen einschließlich industrieller Präparate anwendbar, jedoch mit Ausnahme von Materialien, die eine signifikante Verzuckerungsaktivität besitzen.
• 0,3 bis 0,5 g einer festen Probe oder 0,3 bis 1,0 ml einer flüssigen Probe werden in einer ausreichenden Menge 0,0025-molarer wäßriger Calciumchloridlösung zu einer Enzymlösung gelöst, die etwa 0,25 Aktivitätseinheiten pro ml enthält.
• Ein Gemisch aus 10 ml einer 1-prozentigen Lindner-Starkelösung, die bei 600G ins Gleichgewicht gebracht ist und 1 ml der zu prüfenden Enzymlösung werden gemischt und in einem bei konstanter Temperatur von 60°C gehaltenen Bad genau 10 Minuten gehalten. Dann wird eine Probe von 1 ml entnommen und einem Gemisch aus 1 ml einer 1-molaren wäßrigen Salzsäurelösung und etwa 50 ml destillierten Wassers gegeben. Die Jodfärbungskapazität der so angesäuerten Probe wird dann bestimmt, indem man 3,0 ml einer 0,05-prozentigen wäßrigen Jodlösung zusetzt und das Gemisch mit destilliertem Wasser auf 100 ml ergänzt und gut durchmischt. Die Absorption dieser Lösung im Vergleich zu destilliertem Wasser wird in einer 2-cr.1-Zelle bei 620 nm gemessen. Dic gleiche Messung wird mit der Standardstärkelösung (zu der anstelle der Enzymlösung destilliertes Wasser zugesetzt wird) durchgeführt, um die Blindprobenabsorption zu bestimmen.
• Die Enzymaktivität in Einheiten pro g bzw. ml = (Blindproberabsorpt. - Probenabsorpt.) x Verdünnungsfakt. x 50 Blinprobenabsorption x 10 x 10 Als Glucamylase kann für das Verfahren der Erfindung ein beliebigen der belammten Amylasepräparate verwendet werden, insbesondere eines der aus Mikroorganismen der Gattungen Aspergillus, Endomyces und Rhizopus hergestellten Enzympräparate. Ein besonders bevorzugtes Glucamylasepräparat ist das nach dem in der US-PS 3 042 584 beschriebenen Verfahren erhältliche, bei dem ein Pilz-Glucamylasepräparat von unerwünschter Transglucosidaseaktivität befreit wird, indem man es in einem wäßrigen Medium mit einem Tonmineral behandelt. Die zu verwendende Glucamylasemenge liegt zweckmäßig in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 5,0 Einheiten pro g Stärke (bezogen auf Trockensubstanz). Vorzugsweise werden auf einer Enzymkosten/ Leistungsbasis etwa 0,25 Einheiten Glucamylase pro g Starke (Trockenbasis) verwendet.
• Die Glucamylaseaktivitätseinheiten werden wie folgt bestimmt: Als Substrat wird ein in Wasser gelöstes und auf 4,0 g Trokkonsubstanz pro 100 ml Lösung verdünntes Maisstärke-Säurehydrolysat mit einem DP von 15 bis 18 verwendet. In einen 100 ml Neßkolben werden genau 50 ml dieser Lösung pipetiert.
• Dann gibt man in den Meßkolben 5,0 ml einer 1,0-molaren Natriumacetat-Essigsäure-Pufferlösung (pH: 4,3). Der Meßkolben wird dann in ein bei 60°C gehaltene Wasserbad gesetzt.
• Nach 10 Minuten gibt man die entsprechende Menge des Enzympräparats zu. Genau 120 Minuten nach der Zugabe des Enzympräparats wird die Lösung mit 1-normaler Natronlauge auf einen Phenolphthalein-Endpunkt eingestellt. Dann wird die Lösung auf Raumtemperatur abgekühlt und auf 100 ml verdünnt.
• Hierauf bestimmt man den Wert bzw. Gehalt an reduzierenden Zuckern, berechnet als Dextrose, fiir die verdünnte Probe sowie bei einer Vergleichs- bzw. Blindprobe ohne Enzympräparatzusatz. Dic Glucamylaseaktivität wird dann nach der Beziehung berechnet: S - B A = , 2 X E in der A = Glucamylaseaktivitätseinheiten pro ml (bzw. pro g) Enzympräparat; S = reduzierende Zucker in der enzymkonvertierten Probe (g pro 100 ml); B = reduzierende Zucker in der Vergleichsprobe (g pro 100 ml) und E = verwendete Enzympräparatmenge (ml oder g).
• "S" sollte 1,0 g pro 100 ml nicht übersteigen.
• Als Isomerase kann jedes beliebige Enzym verwendet werden, das in der Lage ist Glucose in Fructose umzuwandeln. Zur Zeit sind zahlreiche derartige Enzyme bzw. Enzympräparate bekannt, u.a. in der Hauptachse diejenigen, die von Mikroorganismen der Gattung Streptomytes erzeugt werden.
• Eine bevorzugte Spezies ist S. albus YT.No. 5 (ATCC Nr. 21 132).
• Weitere bevorzugte Streptomytes-Arten sind u. a. S. bobiliae, @. fradiae, @. ros@ochromogenes, S. olivacens, S. californicus, @. vina@@ns, S. virginae, S. olivochromogenes und S. phaeochromogenes. Gleichermaßen kommen durch Mikroorganismen der Gattung A@throbacter, z.B. A. nov. sp. NRRL B-3724, A. nov. sp.
• NRRL @-3725, A. nov. sp. NRRL B-3726, A. nov. sp. NRRL V-3727 und A. nov. sp. NRRL B-3728, durch Mikroorganismen de rGattung Lactobacillus, z.B. L. brevis, L. Mannitopens und L. buchneri, sowie auch durch Aerobacter cloacae und A.
• acrotcncs erzeugte Isomerasen in Betracht.
• Die zu verwendende Glucoseisomerasemenge liegt zweckmäßig in einem Bereich von 0,1 bis etwa 20 Einheiten pro g Stärke (Trokkensubstanzbasis). Unter den gewöhnlich bevorzugten Umstände wird eine Menge von etwa 0,2 bis etwa 2,0 Einheiten verwendet.
• Die Isomeraseaktivitätseinheiten werden wie folgt bestimmt: Es wird eine spektrophotometrische Bestimmung der aus einer Glucoselösung unter einer Reihe von Standardbedingungen erzeugten Ketose durchgeführt.
• Das zu prüfende Enzympräparat wird zuerst so verdünnt, daß es 1 bis 6 Isomeraseeinheiten pro ml enthält.
• Die Stammlösung nach folgender Rezeptur hergestellt: Komponente Menge 0,1 m MgSO4 . 7H2O-Lösung 1 ml 0,01 m CoCl2 . 6H2O-Lösung 1 ml 1 m Ohosphatpuffer (pH 7,5) 0,5 ml wasserfreie D-Glucose 1,44 g destilliertes Wasser Ergänzung auf ein Gesamtvolumen von 7,5 ml bis wird eine enzymatische Isomerisierung durchgeführt, indem man 3 ml der Stammlösung 1 nl des Enzympräparats zusetzt und das Gemisch dann 30 Minuten bei 60°C bebrütet. Am Ende der Inkubationsperiode wird eine 1-ml-Probe entnommen und in 9 ml einer 0,5-normalen Perchloraäurelösung abgestoppt.
• Die abgestoppte Probe wird dann auf ein Gesaratvolumen von 250 ml verdünnt. Als Blindversuch wird zum Vergleich das vorstehende Verfahren wiederholt, wobei anstelle von 1 ml der Enzympräparatlösung am Beginn der Inkubationsperiode 1 ml Wasser zugesetzt wird.
• Der Ketosegehalt wird dann nach einer Cystein-Schwefelsäuremethode (vgl. Dische und Mitarbeiter, J. Biol, Chem. 192, Scitc-583 (1951)) bestimmt.
• Bei diesem Test ist eine Isomeraseeinheit als diejenige Menge an Enzymaktivität definiert, die erforderlich ist, um unter den beschriebenen Isomerisierungsbedingungen ein Mikromol Fructose pro Minutc zu erzeugen.
• Wie bereits erwähnt, solltc die Temperatur des Reaktionsgemischers beim Verfahren der Erfindung etwa 40 bis etwa 700C betragen. Gewöhnlich wird die Temperatur am oberen Endc dieses Bereiches liegen, soweit sich dieses mit der Bedingung vereinbaren läßt, daß die Temperatur unter derjenigen Temperatur liegen muß, bei der die Stärke gelatiniert wird. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahren ist in der Tatsache zu sehen, daß hohe Temperaturen vermieden werden.
• Dies ermöglicht beträchtliche Einsparungen bezüglich der Wärmezufuhrkosten und heilt die Bildung von Farbkörpern so gering wie möglich, wodurch sich Einsparungen bezüglich der Raffinierungskosten ergeben.
• Die ihl des pH-Werts hängt von den im Einzelfall jeweils verwendeten Enzymen ab. Im Idealfall würden die Verdünnungs-, Verzuckerungs- und Isomeraseenzyme ihre optimale Aktivität bei etwa dem gleichen pH-Wert entwickeln, jedoch ist dies in der Praxis unwahrscheinlich. Glucamylase ist natürlich das Verzuckerungsenzym. Ihre optimale Aktivität liegt ineinem pH-Wertbereich von 3,5 bis 5,0. Die α-Amylase entwickelt ihre optimale Aktivität bei einem pH-Wert in einen Bereich von 5,5 bis 7 und ist unterhalb eines pH-Werts von 5 nicht aktiv genug, um die gewünschte Stärkesolubilisierung zu fördern. Die Isomerase ist in der Regel bei noch höheren pH-Werten, z.B. pH-Werten von größenordnungsmäßig 7,0 bis 9,0 am aktivsten. Die Festtellung, daß diese drei Enzyme bei ein und demselben pH-Wert gemeinsam wirken, wie sie es tatsçiclllich tun, ist daher überraschend. Für die Zwecke der Brfindung geeignete pH-Werte liegen in einem Bereich von etwa 5,0 bis etwa 7,0.
• Das Hydrolysegemisch sollte Magnesium und Cobaltionen enthalten. Diese werden in Form von Magnesiumsulfathexahydrat (MgSO4 . 6H2O) und Cobaltchloridheptahydrat (CoCl2 . 7H2O) zugesetzt. Die Mengen der vorstehenden Salze oder anderer wasserlöslicher Magnesium- und Cobaltsalze sollten so gewählt werden, daß sie etwa 0,005 bis etwa 0,10 Mol Magnesium und etwa 0,0001 bis etwa 0,005 Mol Cobaltionen pro Liter ergeben.
• Diese Ionen erhöhen in den genannten Konzentrationen die Aktivität der Isomerase und scheinen auf die Aktivität der anderen Enzyme keinen ungünstigen Einfluß auszuüben.
• Calciumionen haben zwar bekanntlich einen günstigen Einfluß auf die Aktivität der α-Amylase, jedoch brauchen den erfindungs gemäßen Umwandlungsgemischen keine Calciumionen zugesetzt zu werden, tind in bestimmten, bevorzugten Fällen empfiehlt as sich sogar, keinerlei Calciumionen zuzusetzen, da sie die Isomeraseaktivität und dementsprechend die Endausbeute an Fructose zu beeinträchtigen scheinen.
• Wie in Beispiel 1 gezeigt wird, werden in 18 Stunden 73 Prozent der Stärke solubilisiert, wobei man eine Fructoseausbeute von 29,3 Prozent ( der solubilizierten Stärke ) erhält.
• Die sich nach 42 Stunden ergebenden Werte sind S1 Prozent solubilisirete Stärke und 36, 3 Prozent Fructose. Die Werte nach 67 Stunden betragen 91 Prozent solubilisierte Stärke und 38,9 Prozent Fructose. In Beispiel 2 werden in 48 Stunden über 98 Prozent der Stärke solubilisiert, wobei 40,7 Prozent der solubilisierten Stärke in Fructose umgewandelt sind.
• Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erifndung im einzelnen, sind jedoch in keiner Weise als Beschränkung zu verstehen.
• B e i s p i e l 1 Eine 32,7-prozentige (18,4° Baumé) wäßrige Suspension körniger Maisstärke wird mit 0,01 Mol Magnesiumionen (in Form von Magnesiumsulfathexahydrat) und 0,001 Mol Cobaltionen (in Form von Cobaltchloridheptahydrat) versetzt, worauf der pH-Wert auf 5,7 eingestellt wird. Hierauf wird eine 1-normale wäßrige Natriumcarbonatläsung in der erforderlichen Menge zugesetzt, um den pH auf dem angegebenen Wert zu halten. Die Temperatur wird bei 600C gehalten. Es werden 0,075 Prozent α-Amylase (6,8 Aktivitätseinheiten pro g Stärke), 0,1 Prozent (02 Aktivitätseinheiten pro g Stärke) Glucamylase und 0,8 Prozent (0,33 Aktivitätseinheiten pro g Stärke) Isomerase (Streptomyces) albus YT-5) zugesetzt. Dabei werden folgende Ergebnisse erhalten: Zeit (Stunden) 18 42 67 TS im Filtrat 24 % 26,4 % 29,8 % DE des Filtrats 93,6 % 94,4 % 94,1 % Fructose im Filtrat 29,3 % 36,5 %* 38,9 %* Glucose in Filtrat 62 %* 57,4 %* 53,8 %* bezogen auf Feststoffe Die lösliche Fraktion ist natürlich das beim Filtrieren des Umwandllungsgemisches erhaltene Filtrat. Die Filtration verläuft glatt, da im Umwandlungsgemisch keine verkleisterte Stärke vorhanden ist. Die nach Beendigung vorstehenden Umsetzung erhaltene Menge an körniger Stärke beträgt 4 Prozent des ganzen.
• B e i s p i e l 2 Eine 40,9-prozentige (23° Baumé) wäßrige Suspension körniger Maisstärke wird wie in Beispiel 1 mit Cobalt- und Magnesiumionen versetzt. Der pH-Wert w wird auf 5,7 eingestellt und während der gesamten Umwandlung durch Zugabe von 1 -normaler Natriummcarbonatlösung in der jeweils erforderlichen Menge auf diesem Wert gehalten. Die Temperatur wird bei 600C gehalten, Bs werden 0,15 Prozent (13,7 Aktivitätseinheiten pro g Stärke) α-Amylase (THERMAMYL), 0,1 Prozent (0,2 Aktivitätseinheiten pro g Stärke) Glucamylase und 0,8 Prozent (0,33 Aktivitätseinheiten pro g Stärke) Isomerase (Streptomyces albus YT-5) zugesetzt. Die Aufschlämmung wird 48 Stunden bei 60°C gehalten und darin filtricrt. Das Filtrat ist durch folgende Analysendaten gekennzeichnet: TS 40,2 % DE 91,5 % Fructose 40,7 %* Glucose 51 C'X Asche (Sulfatasche bez.
• auf TS) 0,35 % Stärketest negativ bezogen auf Feststoffe B e i s p i e l 3 Es wird eine wäßrige, 25-gewichtsprozentige, folgende Bestandteile enthaltende Aufschlämmung körniger Maisstärke hergestellt: 125 g Maisstärke, 250 ml wäßriger 1,0 n Kaliumphosphatpuffer (pH 7,5), 5 ml 1,0 n Magnesiumsulfathexahydratlösung, 5 ml 0,1 n Cobaltchloridheptahydratlösung, wäßrige Calciumchloridlösung in einer einen Calciumionengehalt von 100 TpM ergebenden Menge, α-Amylase (Bacillus licheniformis; 5 Aktivitätseinheiten pro g Stärke, bez. auf TS), Glucamylase (1,0 Aktivitätseinheiten pro g Stärke, bez.
• auf TS) und Isomerase (Sreptomyces olivochromogenes; 10 Aktivitätseinheiten pro g Stärke, bez. auf Tz).
• Die vorstchende Aufschlämmung wird 24 Stunden bei 60°C gehalten, wobei der pH-Wert durch Zugabe von wäßriger Kalilauge in der jeweils erforderlichen Nenge auf 6,0 eingestellt wird.
• Das Umwandlungsgemisch wird filtriert, worauf der pH-Wert des Filtrats durch Zugabe von Salzsäure auf 4,5 eingestellt wird. Dann wird das Filtrat gekocht, um die Enzyme zu desaktivieren. Die Feststoffe im so erhaltenen Gemisch umfassen 44,9 Prozent der ursprünglilchen körnigen Stärke, was bedeutet, daß 55,1 Prozent der körnigen Stärke solubilisiert sind. Dieses solubilisierte Stärkeprodukt weist einen gefundenen Glucosegehalt von 51,2 Prozent und einen Ketose-(Fructose-)Gehalt von 20,6 Prozent, bezogen jeweils auf den Feststoffgehalt, auf .
• B e i s p i e l 4 Beispiel 3 wird wiederholt, wobei jedoch abweichend davon der pH-Wert ständig bei 6,5 gehalten wird. Der Anteil an solubilisierter Stärke beträgt 48,8 Prozent und der Glucosegehalt bzw. @anteil des solubilisierten Teils beträgt 36,1 Pro zent, während der Ketose-(Fructose-)Gehalt 23,0 Prozent betrigt.
• Angaben in Teilen und Prozenten beziehen sich in der vorstehenden Beschreibung und den Ansprüchen jeweils auf das Gewicht, wenn nicht ausdräcklich etwas anderes angegeben ist.
• Die Erfindng wurde zwar in Verbindung mit speziellen AUS-führungsformen beschrieben, jedoch ist zu verstehen, daß weitere Modifikationen der Erfindung möglich sind, und daß diese Anmeldung sämtliche Abwandlungen, Anwendungsmöglichkeiten und angepaßten Ausführungsformen der Erfindung umfassen soll, die i1n allgemeinen den Grundprinzipien der Erfindung entsprechen, und diejenigen Abweichungen von der offenbarten Lehrc einschließen soll, die im Rahmen der iiblichen Praxis des Gebietes der Technik liegen, auf das sich die Erfindung bezieht, wenn und insoweit sie auf die vorstehend dargelegten Merkmale und Naßnahmen der Erfindung angewandt werden können und in deren Rahmen fallen.

Claims (13)

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Verfahren zur Umwandlung von Stärke in Fructese, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß man eine körnige Stärke c bei einen pH-Wert in Bereich von etwa 5, O bis 7,0 und einer Temperatur, die im Bereich von etwa 40 bis 70°C und un-ter derjenigen liegt, bei der die Stärke zu gelatinieren beginnt, mit Wasser, bakterieller α-Amylase, Glucamylase und Glucoseisomerase mischt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß man das Gemisch so lange bei Bedingungen hält bzw.

reagieren läßt, bei denen die Stärke im wesentlichen in körniger Form gehalten wird, bis sich ein lösliches Hydrolysat gebildet hat, in dem die gegebenenfalls vorhandene restliche Stärke im wesentlichen in körniger ungelatinierter Form vorliegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Stärke Maisstärke verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke in einer Konzentration von etwa 10 bis 70 Prozent verwendet bzw. eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, , dadurch gekennzeichnet, daß die bakterielle α-Amylase in einer etwa 1s0 bis 25 Sctivitätseinheiten pro Gramm trockene Stärke entsprechenden Menge verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gckennzeichnet, daß die Glucamylase in einer etwa 0,1 bis 5,0 Aktivitätseinheiten pro Gramm trockene Stärke entsprechenden Menge verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Anspriiche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Isornerase in einer etwa 0,1 bis 20 Aktivitätseinheiten pro Gramm trockene Stärke entsprechenden Menge verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein im wesentlichen calciumionenfreies Umwandlulngsgemisch verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine α-Amylase verwendet wird, die aus einem zur Bildung von a-Amylase befähigten Bacillus-Iiikroorganismus, vorzugsweise eine: Bacillus licheniformis, insbesondere einem B. licheniformis-Stamm aus der Gruppe NCIB 8061, NCIB 8059, ATCC 6634, ATCC 8480, ATGQ 9945A und ATCC 11945 erzeugt worden ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Glucamylase verwendet wird, die aus einem Pilz, der zur Bildung von Glucamylase befähigt ist, erzeugt worden ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Isomerase verwendet wird, die aus einem zur Bildung voll Isomerase befähigten I1ikLroorganismus der Gattung Streptomyces oder Arthrobacter, vorzugsweise aus Strentomyces albus, insbesondere Streptomyces albus Y'U-5 ATCC Nr. 21 132), erzeugt worden ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umwandlung weiterlaufen läßt, bis mindestens 90 Prozent der Stärke löslich gemacht worden bzw. gelöst sind.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht gelöste Stärke zurückgeführt bzw. erneut in die Umwandlung eingesetzt wird