ES2273349T3 - Metodo para licuar almidon. - Google Patents
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Abstract
SEGUN LA INVENCION SE PROPONE UN METODO PARA LICUAR ALMIDON QUE INCLUYE LOS PASOS DE AÑADIR UNA COMPOSICION DE SODIO AL ALMIDON DE FORMA PREVIA O SIMULTANEA A LA LICUACION DEL ALMIDON; AÑADIR AL - AMILASA AL ALMIDON TRATADO; Y HACER REACCIONAR EL ALMIDON TRATADO DURANTE UN TIEMPO Y A UNA TEMPERATURA EFECTIVOS PARA LICUAR EL ALMIDON TRATADO. ENTRE LAS COMPOSICIONES DE SODIO PREFERIDAS SE INCLUYEN CLORURO SODICO, BICARBONATO SODICO, BENZOATO SODICO, SULFATO SODICO, BISULFITO SODICO, ASCORBATO SODICO, ACETATO SODICO, NITRATO SODICO, TARTRATO SODICO, TETRABORATO SODICO, PROPIONATO SODICO, CITRATO SODICO, SUCCINATO SODICO, GLUTAMATO MONOSODICO, CITRATO TRISODICO, FOSFATO SODICO O UNA MEZCLA DE ELLOS.
Description
Método para licuar almidón.
La presente invención se refiere a la
modificación del uso de una \alpha-amilasa en la
conversión del almidón del grano a productos de degradación, tales
como dextrosa, fructosa y alcohol. En particular, la presente
invención se refiere a la adición de iones sodio a una mezcla de
almidón antes o durante la licuefacción para aumentar la eficacia
de la licuefacción a pH bajo, es decir, entre pH 4,5 y 5,5.
Los granos, como el maíz, se han utilizado
durante mucho tiempo como fuente de almidón. Uno de los métodos muy
conocidos para separar y purificar el almidón para su utilización en
procesos industriales es el proceso de molienda en húmedo. Este
método se ha desarrollado en un sistema integrado y muy específico
diseñado para separar los componentes principales del núcleo de un
grano lo más completamente posible (véase Stanley A. Watson,
Starch: Chemistry & Technology, vol. II, Industrial
Aspects, Academic Press, Nueva York, 1967, pp.
30-51).
En un proceso de molienda en húmedo habitual,
los granos secos utilizados para la producción de productos de
almidón se someten, en primer lugar, a un proceso de empapado
denominado maceración. Durante la maceración, los granos se someten
a una corriente de agua a contracorriente que separa muchos
compuestos solubles, incluyendo fitato y ácido fítico, azúcares,
sales y proteínas, de los gránulos del grano. Los granos macerados
se separan del agua de empapado (agua de maceración) y se someten a
procedimientos de ruptura y molienda mecánicos. Entonces se
utilizan técnicas de flotación y centrifugación para separar el
germen del almidón, fibra y proteínas. La suspensión resultante de
esdospermo (almidón), fibra y proteínas entonces se vuelve a moler y
se tamiza para separar la fibra. Por último, las proteínas y los
componentes relacionados con el endospermo se separan basándose en
la densidad mediante un enjuagado a contracorriente y una
centrifugación para separar el almidón de la corriente de
proteínas/gluten. La corriente de almidón aislada entonces se
enjuaga a fondo para eliminar cualquier compuesto soluble
relacionado con el almidón que no sea granular, incluyendo
compuestos solubles como sales inorgánicas, y compuestos como
fitato y sales del ácido fítico. El producto resultante es una
suspensión muy purificada de almidón granular insoluble que actúa
como producto de partida para la conversión a fructosa.
En general, el procesamiento del almidón a
fructosa consiste en cuatro etapas: licuefacción del almidón
granular, sacarificación del almidón licuado para producir
dextrosa, purificación, e isomerización para producir fructosa. El
objeto de un proceso de licuefacción del almidón es convetir una
suspensión concentrada de gránulos de polímeros de almidón en una
disolución de dextrinas de cadena más corta solubles de baja
viscosidad. Esta etapa es esencial para una manipulación
conveniente con equipo convencional y para la conversión eficaz en
glucosa u otros azúcares. Para licuar el almidón granular es
necesario gelatinizar los gránulos aumentado la temperatura del
almidón granular por encima de aproximadamente 72ºC. El proceso de
calentamiento rompe instantáneamente los gránulos de almidón
insolubles para producir una disolución de almidón soluble en agua.
La disolución de almidón solubilizado entonces se licua mediante una
\alpha-amilasa (EC 3.2.1.1.).
Un proceso de licuefacción enzimática habitual
implica ajustar el pH de una suspensión de almidón granular entre
6,0 y 6,5, el pH óptimo de una \alpha-amilasa
derivada de Bacillus licheniformis, con la adición de
hidróxido de calcio, hidróxido de sodio o carbonato de sodio. La
adición de hidróxido de calcio tiene la ventaja de proporcionar
también iones calcio, que se sabe que estabilizan a la
\alpha-amilasa frente a la inactivación. Después
de la adición de \alpha-amilasa, la suspensión se
bombea a través de una corriente en chorro para aumentar la
temperatura de manera instantánea hasta 80º-115ºC. El almidón
inmediatamente se gelatiniza y, debido a la presencia de
\alpha-amilasa, es despolimerizado mediante la
hidrólisis aleatoria de los enlaces
\alpha(1-4)glicosídicos por la
\alpha-amilasa para formar una masa fluida que
puede bombearse con facilidad.
En una segunda variación del proceso de
licuefacción, se añade \alpha-amilasa a la
suspensión de almidón, la suspensión se mantiene a una temperatura
de 80-100ºC para hidrolizar parcialmente los
gránulos de almidón, y la suspensión de almidón parcialmente
hidrolizado se bombea a través de un chorro a una temperatura en
exceso de aproximadamente 105ºC para gelatinizar completamente
cualquier estructura granular remanente. Después de enfriar el
almidón gelatinizado puede realizarse una segunda adición de
\alpha-amilasa para hidrolizar aún más el
almidón.
Una tercera variación de este proceso se
denomina proceso de molienda en seco. En la molienda en seco, el
grano completo se muele y se combina con agua. El germen se separa
opcionalmente mediante separación por flotación o técnicas
equivalentes. La mezcla resultante, que contiene almidón, fibra,
proteínas y otros componentes del grano, se licua utilizando
\alpha-amilasa. La práctica general de la técnica
consiste en realizar la licuefacción enzimática a una temperatura
menor cuando se utiliza el proceso de molienda en seco. En general,
se cree que una licuefacción a baja temperatura es menos eficaz que
una licuefacción a alta temperatura para convertir el almidón en
dextrinas solubles.
De forma típica, después de la gelatinización,
la disolución de almidón se mantiene a una temperatura elevada en
presencia de \alpha-amilasa hasta que se logra un
ED de 10-20, normalmente durante un periodo de
1-3 horas. El equivalente de dextrosa (ED) es el
patrón industrial para medir la concentración de azúcares reductores
totales, calculados como D-glucosa sobre una base
de peso seco. El almidón granular no hidrolizado tiene un ED de
prácticamente cero, mientras que el ED de la
D-glucosa se define como 100.
La temperatura máxima en la que puede mantenerse
la disolución de almidón que contiene
\alpha-amilasa depende de la fuente microbiana de
la cual se ha obtenido la enzima y la estructura molecular de la
molécula de \alpha-amilasa. Las
\alpha-amilasas producidas por cepas de tipo
salvaje de B. subtilis o B. amyloliquefaciens se
utilizan, de forma típica, a unas temperatura no mayores que
aproximadamente 90ºC debido a su inactivación térmica excesivamente
rápida por encima de esta temperatura, mientras que las
\alpha-amilasas producidas por cepas de tipo
salvaje de B. licheniformis pueden utilizarse a temperaturas
de hasta aproximadamente 110ºC.
Se sabe que la presencia de almidón e iones
calcio estabiliza la \alpha-amilasa frente a la
inactivación. No obstante, las \alpha-amilasas se
utilizan a valores de pH por encima de 6 para obtener protección
frente a la inactivación rápida. A bajas temperaturas se sabe que
la \alpha-amilasa de B. licheniformis
muestra una excelente actividad hidrolizante sobre un sustrato de
almidón a valores de pH tan bajos como 5. Sin embargo, cuando la
enzima se utiliza para la hidrólisis del almidón a temperaturas de
chorro habituales, por ejemplo, entre 102ºC y 109ºC, el pH debe
mantenerse al menos por encima de pH 5,7 para evitar una
inactivación excesivamente rápida. El requerimiento de pH
proporciona, por desgracia, una estrecha ventana de oportunidades de
procesamiento porque unos valores de pH por encima de 6,0 producen
subproductos indeseables, por ejemplo, maltulosa. Por tanto, en
realidad, el pH de licuefacción debe mantenerse entre 5,9 y 6,0 para
lograr un rendimiento satisfactorio del almidón hidrolizado.
Otro problema relacionado con el pH de
licuefacción es la necesidad de aumentar el pH de la suspensión de
almidón desde aproximadamente 4, el pH de una suspensión de almidón
de maíz tal como viene de la etapa de molienda en húmedo, hasta
5,9-6,0. Este ajuste de pH requiere la adición
costosa de productos químicos neutralizantes de ácidos, y también
requiere un refinamiento de intercambio iónico adicional del
producto final de la conversión del almidón para retirar el
producto químico. Además, la siguiente etapa del proceso después de
la licuefacción, de forma típica la sacarificación del almidón
licuado para producir glucosa, requiere un pH de
4-4,5; por tanto, el pH debe ajustarse hacia abajo,
desde 5,9-6,0 a 4-4,5, lo cual
requiere etapas adicionales de adición de productos químicos y
refina-
miento.
miento.
En la patente de EEUU nº 5.322.778, se logró una
licuefacción entre pH 4,0 y 6,0 añadiendo un antioxidante, tal como
bisulfito o su sal, ácido ascórbico o su sal, ácido eritórbico, o
antioxidantes fenólicos, tales como hidroxianisol butilado,
hidroxitolueno butilado, o \alpha-tocoferol, a la
suspensión de licuefacción. Según las reivindicaciones de esta
patente, el antioxidante debe añadirse a una concentración mayor que
5 mM.
En la patente de EEUU nº 5.180.669, se logró una
licuefacción entre un pH de 5,0 a 6,0 mediante la adición de ion
carbonato en exceso de la cantidad necesaria para tamponar la
disolución, a la suspensión de almidón molido. Debido a un efecto
de aumento de pH que se produce por la adición del ion carbonato, la
suspensión en general se neutraliza mediante la adición de una
fuente de ion hidrógeno, por ejemplo, un ácido inorgánico, tal como
ácido clorhídrico o ácido sulfúrico.
En la publicación PCT nº WO 94/02597, se
describe una \alpha-amilasa mutante que tiene
mejor estabilidad oxidativa, en la que una o más metioninas están
sustituidas por cualquier aminoácido, excepto cisteína o
metionina.
En Patents Abstracts of Japan, vol. 4
(C-12) [555], 1980, el almidón se incorporó con
0,1-2% en p/p de una enzima de licuefacción
purificada que es una amilasa termorresistente producida en una
bacteria, tal como Bacillus subtilis, y exenta de enzimas
proteasas y descomponedoras de grasas, y 0,05-5% en
p/p de un estabilizador enzimático, tal como carbonato de calcio o
cloruro de sodio.
En Chemical Abstracts, vol. 75, nº 89, 1971, se
observó la termoestabilidad de la amilasa bacteriana a un pH de 5,5
o mayor, preferiblemente 6,2. El efecto protector del almidón se
observó en concentraciones mayores que 25%. Los iones sodio y
calcio también eran protectores eficaces de la amilasa.
En el documento
FR-A-1556626 se describe un
procedimiento para la licuefacción del almidón, que incluye la
adición de sales de calcio y sodio a la mezcla de almidón, y la
adición de \alpha-amilasa. Se sugiere un
intervalo de pH de 5,7-7,5, con un pH preferido de
6,2.
El documento
EP-A-0189838 describe un método para
potenciar la estabilidad térmica de una
\alpha-amilasa microbiana. El método implica
añadir una cantidad estabilizante de un compuesto anfifílico a la
enzima en su disolución acuosa.
El documento
EP-A-0180952 se refiere a un proceso
para licuar el almidón utilizando una
\alpha-amilasa termoestable que tiene un
intervalo de pH de actuación óptimo en una región ácida y un bajo
requerimiento de calcio.
En la publicación PCT nº 94/18314 se describe
una amilasa mutante que tiene mejor estabilidad oxidativa, en la
que uno o más de los restos metionina, triptófano, cisteína,
histidina o tirosina está sustituido por un aminoácido no
oxidable.
En la publicación PCT nº WO 91/00353, los
problemas asociados con la licuefacción se abordan mediante una
\alpha-amilasa genéticamente modificada para que
incluya características que incluyen mejor estabilidad térmica, a
ácidos y a álcalis.
En la patente de EEUU nº 4.914.029 se añade
fitasa al agua de macerado de maíz para reducir la cantidad de
ácido fítico en el agua de macerado de maíz y, por tanto, utilizar
de modo más eficaz el agua de macerado de maíz para piensos
animales.
A pesar de los avances realizados en la técnica
anterior, existe aún la necesidad de un medio eficaz para la
licuefacción del almidón a bajos niveles de pH utilizando
\alpha-amilasa disponible en el mercado.
Un objeto de esta invención es proporcionar una
licuefacción de mayor eficacia a pH bajo del almidón utilizando
enzimas \alpha-amilasa de tipo salvaje o mutantes
que pueden adquirirse con facilidad.
Otro objeto de esta invención es proporcionar un
método según la reivindicación 1 para licuar el almidón sin la
adición de antioxidantes costosos.
Según la presente invención, un método para
licuar una disolución de almidón comprende las etapas de: (a)
añadir una composición de sodio a la disolución de almidón, en el
que la concentración final de sodio de la disolución de almidón es
mayor que 20 ppm; (b) añadir \alpha-amilasa a la
disolución de almidón; y (c) incubar la disolución de almidón que
comprende la composición de sodio y la
\alpha-amilasa durante un tiempo y bajo unas
condiciones adecuados para licuar la disolución de almidón para
formar una disolución de almidón licuada; en el que la etapa (c) se
realiza bajo unas condiciones tales que un antioxidante está
presente en la disolución de almidón en una concentración final
menor que 2,5 mM. Según una realización preferida de la invención,
la composición de sodio está presente en una concentración final de
aproximadamente 20 ppm o mayor, preferiblemente de aproximadamente
20 ppm a aproximadamente 10.000 ppm, más preferiblemente de
aproximadamente 50 ppm a aproximadamente 1000 ppm, y lo más
preferible de aproximadamente 100-500 ppm. La etapa
(c) se realiza a un pH entre 4,5 y 5,5.
Como se indica con más detalle a continuación,
la práctica de la presente invención confiere ventajas importantes
a los procesos de licuefacción del almidón comerciales. Aunque no
desean estar limitados por ninguna teoría, los inventores creen que
la adición de una composición de sodio contrarresta los problemas
asociados con la licuefacción a bajo pH del almidón con
\alpha-amilasa, debido al aumento de la
estabilidad de la enzima en sí misma, o por la reacción del sodio
con una composición o composiciones en la disolución de almidón que
desestabiliza el almidón. El sorprendente descubrimiento de los
inventores de que la adición de sodio confiere mayor actividad a pH
bajo a la \alpha-amilasa permite una licuefacción
eficaz del almidón granular a valores de pH por debajo de
aproximadamente 5,9 con \alpha-amilasas
disponibles en el mercado.
La invención en sí misma, junto con otros
objetos y ventajas relacionadas, se entenderá mejor haciendo
referencia a la siguiente descripción detallada junto con los
dibujos adjuntos.
"Licuefacción" o "licuar" significa un
proceso mediante el cual el almidón se convierte en dextrinas de
cadenas más cortas y menos viscosas. En general, este proceso
implica la gelatinización del almidón simultáneamente o seguido de
la adición de \alpha-amilasa. En procesos
comerciales, se prefiere que el almidón granular se derive de una
fuente que comprende maíz, trigo, milo, sorgo, centeno o bulgur. Sin
embargo, la presente invención se aplica a cualquier fuente de
almidón de granos que sea útil en la licuefacción, por ejemplo,
cualquier otra fuente de granos o vegetal conocida por producir
almidón adecuado para la licuefacción.
"Agua de maceración" significa un líquido
que se extrae de núcleos de granos macerados durante el proceso de
macerado. El agua de maceración contiene una porción significativa
de los componentes solubles del grano.
"Almidón granular" o "gránulos de
almidón" significa un componente insoluble en agua de granos
comestibles que permanece tras la retirada de la cáscara, fibra,
proteínas, grasas, germen y compuestos solubles mediante las etapas
de macerado, ruptura mecánica, separaciones, tamizado, enjuagado a
contracorriente y centrifugación típicas del proceso de molienda en
húmedo del grano. El almidón granular comprende gránulos de almidón
intactos que contienen, casi exclusivamente, moléculas de almidón
compactadas (es decir, amilopectina y amilosa). En el maíz, el
componente de almidón granular comprende aproximadamente 99% de
almidón; el 1% restante está compuesto de proteínas, grasas,
ceniza, fibra y componentes traza muy asociados a los gránulos. La
estructura compacta del almidón granular retrasa gravemente la
capacidad de la \alpha-amilasa para hidrolizar el
almidón. Se utiliza la gelatinización del almidón para romper los
gránulos para formar una disolución de almidón soluble y facilitar
la hidrólisis enzimáti-
ca.
ca.
"Disolución de almidón" significa el
almidón gelatinizado soluble en agua que se produce como resultado
de calentar el almidón granular. Tras calentar los gránulos por
encima de aproximadamente 72ºC, el almidón granular se disocia para
formar una mezcla acuosa de moléculas de almidón sueltas. Esta
mezcla que comprende, por ejemplo, aproximadamente 75% de
amilopectina y 25% de amilosa en maíz dentado amarillo, forma una
disolución viscosa en agua. En procesos comerciales para formar
glucosa o fructosa, es la disolución de almidón lo que se licua
para formar una disolución de dextrina soluble.
"\alpha-amilasa"
significa una actividad enzimática que rompe o hidroliza el enlace
\alpha(1-4)glicosídico, por
ejemplo, el presente en polímeros de almidón, amilopectina o
amilosa. Las \alpha-amilasas adecuadas con las
\alpha-amilasas que aparecen en la naturaleza, así
como las amilasas recombinantes o mutantes que son útiles en la
licuefacción del almidón. Las amilasas preferidas en la presente
invención son \alpha-amilasas derivadas de
Bacillus, y en particular Bacillus licheniformis, Bacillus
amyloliquefaciens o Bacillus stearothermophilus.
"Composición de sodio" o "sodio"
significa una composición o mezcla que contiene sodio que, cuando se
disuelve en una disolución acuosa, da como resultado la presencia
de iones sodio libres. Las composiciones de sodio pueden ser iones
sodio libres, sodio metálico, sales que contienen sodio o cualquier
otro método conocido en la técnica para introducir iones sodio
libres en una disolución acuosa. Las sales de sodio adecuadas
incluyen cloruro de sodio, benzoato de sodio, sulfato de sodio,
bisulfito de sodio, ascorbato de sodio, nitrato de sodio, tartrato
de sodio, tetraborato de sodio, propionato de sodio, citrato de
sodio, succinato de sodio, glutamato de monosodio, citrato de
trisodio o sus mezclas.
La concentración final de la composición de
sodio en la disolución de almidón debe ser, en general, una
concentración que es suficiente para permitir la licuefacción
eficaz del almidón según la presente invención. En general, la
concentración final de la composición que contiene sodio añadida al
almidón es 20 ppm o mayor; preferiblemente de aproximadamente 20
ppm a aproximadamente 10.000 ppm; más preferiblemente de
aproximadamente 50 ppm a aproximadamente 1000 ppm; y lo más
preferible de aproximadamente 100-500 ppm.
La licuefacción del almidón según la presente
invención permite que se produzca la reacción de licuefacción, es
decir, la hidrólisis enzimática del almidón, amilopectina o amilosa,
de forma eficaz a un pH entre 4,5 y 5,5.
El intervalo de temperatura de la licuefacción
es, en general, cualquier temperatura de licuefacción que se sabe
que es eficaz para licuar el almidón. Preferiblemente, la
temperatura del almidón es de aproximadamente 80ºC a
aproximadamente 115ºC, más preferiblemente de aproximadamente 100ºC
a aproximadamente 110ºC, y lo más preferible de aproximadamente
105ºC a aproximadamente 108ºC.
En una realización preferida de la invención, se
añade un compuesto que contiene sodio a un almidón granular o una
disolución de almidón antes o simultáneamente a la adición de
\alpha-amilasa y la licuefacción del almidón. La
suspensión entonces se incuba durante un tiempo apropiado a un pH
apropiado y a una temperatura apropiada, según técnicas muy
conocidas, para licuar el almidón. Según la presente invención, la
capacidad para licuar el almidón de forma eficaz mejora
sustancialmente mediante la adición de la composición de sodio a la
disolución de almidón antes de la licuefacción, es decir, antes de
la adición de la \alpha-amilasa.
Los siguientes ejemplos son representativos, y
no limitantes, de las ventajas conferidas mediante el uso de la
invención. Sin embargo, los expertos en la técnica serán capaces de
sustituir condiciones, granos, temperaturas, enzimas y similares
según la anterior descripción.
Se determinó la actividad
\alpha-amilasa mediante un ensayo que depende de
la capacidad del almidón para formar un complejo de color azul con
yodo, y la desaparición de este color cuando el almidón se hidroliza
para formar moléculas de dextrina más cortas. La actividad
\alpha-amilasa se define en términos de tiempo de
digestión requerido para producir un cambio de color, lo cual indica
un estado definido de dextrinación del almidón.
Los reactivos utilizados fueron los siguientes:
Tampón fosfato - Se disolvieron dihidrógenofosfato de
potasio (340 g) e hidróxido de sodio (25,3 g) en agua y se diluyó
hasta 2 litros. El tampón se enfrió hasta la temperatura ambiente,
y el pH se ajustó a 6,2 \pm 0,1. El tampón se diluyó hasta 2
litros en un matraz aforado. Sustrato de almidón - Se
suspendieron 10 gramos (sustancia seca) de almidón Lintner soluble
en 50 ml de agua y se lavaron en aproximadamente 300 ml de agua
hirviendo. La suspensión se volvió a hervir y se hirvió durante 5
minutos con agitación constante. La disolución de almidón se enfrió
con agitación constante hasta la temperatura ambiente y se
añadieron 125 ml de tampón fosfato. La disolución se diluyó hasta
500 ml con agua. Disolución patrón de yodo - Se disolvieron
cristales de yodo (5,5 g) y yoduro de potasio (11,0 g) en agua y se
diluyeron volumétricamente hasta 250 ml. La disolución se ocultó de
la luz. Disolución de yodo diluida - Se disolvieron yoduro
de potasio (20 g) y 2 ml de la disolución patrón de yodo en agua, y
se diluyó volumétricamente hasta 500 ml. Disolución de dilución
enzimática - Se disolvió cloruro de calcio (11,1 g) en 4
litros de agua. El agua utilizada para todos los reactivos era
destilada o desionizada.
La muestra de \alpha-amilasa
para la cual debe determinarse la actividad se diluyó hasta
10-15 LU/ml (como se define a continuación) con
disolución de dilución enzimática. Para muchas preparaciones
comerciales de \alpha-amilasa se descubrió que
una dilución adecuada era 2000 veces. Se dispensaron partes
alícuotas de 5 mililitros de disolución de yodo diluida a tubos de
ensayo de 13 x 100 mm, y se colocaron 10 ml de sustrato de almidón
en un tubo de ensayo de 23 x 200 mm. Todos los tubos se colocaron en
el baño de agua a 30ºC. Se utilizó un comparador Hellige equipado
con un disco de color de \alpha-amilasa especial
(nº de catálogo 620-s5) para realizar las lecturas.
Se mezclaron 5 mililitros de enzima diluida (también a 30ºC) con el
sustrato de almidón y se comenzó el cronometraje. En intervalos de
tiempo apropiados, por ejemplo intervalos de 1 minuto al comienzo
de la reacción e intervalos de 15 segundos más adelante en la
reacción, se trasladaron partes alícuotas de 1 ml de la mezcla de
enzima-sustrato a un tubo que contiene la disolución
de yodo diluida atemperada. La disolución de yodo y almidón se
mezcló y se trasladó a un tubo cuadrado de precisión de 13 mm, y el
color se comparó con el disco de color de
\alpha-amilasa patrón en el comparador Hellige.
Cuando se aproximó el momento de la finalización se tomaron
muestras en intervalos de 0,25 minutos.
Se registró el tiempo requerido para que los
colores de las muestras y el disco de color se correspondieran, y
se calculó la actividad (en licuefón por gramo o ml) según la
fórmula:
LU/g o LU/ml =
\left\{\frac{570}{V \ x \ t}\right\} \ x \
D
en la
que
LU = unidad de licuefón
t = tiempo de dextrinización (minutos)
D = factor de dilución: volumen de dilución
dividido entre los mililitros o gramos de la enzima diluida.
La licuefacción del almidón se realizó
utilizando un reactor compuesto de un tubo de acero inoxidable de
15,2 m con diámetro de 0,61 cm doblado en una bobina de
aproximadamente 25,4 cm de diámetro y aproximadamente 14 cm de
altura. La bobina estaba equipada con un mezclador estático en línea
de 29,2 cm (Cole-Parmer nº
G-04669-60) montado a
aproximadamente 1,22 m del extremo anterior. El extremo posterior de
la bobina estaba equipado con un valor de liberación de presión
ajustable en línea Swagelok (nº
SS-4CA-3) ajustado a una presión de
ruptura de aproximadamente 138 kPa. La suspensión de almidón se
introdujo en la bobina a una velocidad de aproximadamente 70
ml/minuto con una bomba dosificadora de pistón. La bobina se calentó
mediante inmersión en un baño de glicerol-agua
calentado hasta 105,5ºC. La temperatura en el baño se mantuvo
utilizando un controlador de temperatura/calentador circulante
(Fisher Scientific modelo 7305).
El almidón granular se obtuvo de un molino de
maíz en húmedo y se utilizó en los dos días siguientes. Como otra
fuente de almidón se obtuvo LO-DEX^{TM} 10 (una
dextrina purificada soluble en agua producida por la hidrólisis
limitada de almidón de maíz) de American
Maize-Products Company, Hammond, Indiana. El
LO-DEX^{TM} 10 utilizado en la presente tenía un
ED inicial de aproximadamente 9,5.
El almidón o maltodextrina se diluyó hasta un
nivel de sólidos deseado de aproximadamente 30-35%
de sólidos secos con agua desionizada, y el pH se ajustó con NaOH
al 2,5% o HCl al 6%, según fuera necesario. El calcio se añadió en
forma de CaCl_{2}\cdot2H_{2}O. Las condiciones de licuefacción
típicas eran:
Almidón o LO-DEX^{TM} 10:
32%-35% de sólidos
Calcio: 40-60 ppm (30 ppm
añadidos)
pH: 5,0-6,0
\alpha-amilasa:
12-14 LU/g de carbohidratos (sobre una base
seca)
El almidón o LO-DEX^{TM} 10
que contiene la enzima y el calcio en forma de
CaCl_{2}\cdot2H_{2}O se introdujo en el reactor a
aproximadamente 70 ml/min. La temperatura del reactor se mantuvo a
105,5ºC mediante la inmersión del reactor en un baño de
glicerol-agua. Las muestras de almidón se
trasladaron del reactor a un baño de licuefacción de segunda etapa
a 95ºC y se mantuvieron durante 90 minutos. El grado de licuefacción
del almidón se midió inmediatamente después de la licuefacción de
segunda etapa determinando el equivalente de dextrosa (ED) de la
muestra según el método descrito en Standard Analytical Methods
of the Member Companies of the Corn Refiners Association, Inc.,
6ª ed., Analytical Procedure Committee (1980).
Como alternativa, el almidón se licuó utilizando
un hidrocalentador M 103-M de corriente en chorro
(Hydro-Thermal Corp., Milwaukee, WI) equipado con
una bobina de retraso de 2,5 litros detrás de la cámara de mezclado
y una válvula de retropresión terminal. El almidón se introdujo en
la corriente a aproximadamente 360 ml/min mediante una bomba Moyno,
y se suministró vapor mediante una tubería de vapor a 1030 kPa
reducida a 621-689 kPa y se controló para producir
una temperatura de la suspensión de aproximadamente 105,5ºC medida
en la sonda de temperatura posterior. Las sondas de temperatura se
instalaron aproximadamente 10 cm después del chorro del
hidrocalentador y aproximadamente 5 cm antes de la válvula de
retropresión.
Almidón de maíz secado (almidón de maíz Clinton
marca 106-B Pearl, ADM Corn Processing, Clinton,
Iowa) se suspendió con agua desionizada (aproximadamente 23 kg en
aproximadamente 50 litros) y se dejó hidratándose durante 16 horas.
El almidón se lavó dos veces mediante filtración y resuspensión en
agua desionizada para eliminar los materiales solubles y después se
diluyó hasta 35% de sólidos con agua desionizada. Se añadió calcio
(50 ppm añadidos como CaCl_{2}\cdot2H_{2}O) al almidón y el pH
se ajustó a aproximadamente 5,5 con NaOH al 2,5%. Se añadió
aproximadamente 5 mM del catión que se va a evaluar a la suspensión
de almidón y se añadió \alpha-amilasa (SPEZYME
AA20, producida por una cepa de B. licheniformis y disponible
en el mercado en Genencor International, Inc.) a una velocidad de
12 LU/g de carbohidratos, y el pH de la disolución se ajustó a pH
5,5 mediante la adición de NaOH al 2,5% o HCl al 6%, según fuera
necesario. La disolución se hidrolizó utilizando el sistema de
reactor y el procedimiento según se describe en el ejemplo 2. El
grado de hidrólisis de la suspensión de almidón se midió
determinando el equivalente de dextrosa (ED) inmediatamente después
de la contención secundaria.
La siguiente tabla demuestra que se evita la
inactivación de la \alpha-amilasa durante la
licuefacción del almidón de maíz a pH 5,5 mediante la adición de
sales de sodio, pero no por otros cationes.
| Compuesto químico evaluado | ED |
| ninguno | 4,9 |
| NaCl | 9,7 |
| LiCl | 3,0 |
| KCl | 6,5 |
| NH_{4}Cl | 5,3 |
| (NH_{4})_{2}SO_{4} | 5,4 |
| CaCl_{2} | 5,1 |
Los inventores verificaron que los pequeños
efectos observados con ciertos cationes (es decir, K^{+} y
NH_{4}^{+}) son coherentes con pequeñas variaciones en la
cantidad de NaOH añadido para el ajuste del pH. No obstante, los
inventores creen que el ion potasio también proporciona un pequeño
efecto, por ejemplo, aproximadamente 10-25% del
provocado por una composición de sodio.
(Referencia)
Almidón de maíz secado (almidón de maíz Clinton
marca 106-B Pearl, ADM Corn Processing, Clinton,
Iowa) se suspendió con agua desionizada (aproximadamente 23 kg en
aproximadamente 50 litros) y se dejó hidratándose durante 16 horas.
El almidón se lavó dos veces mediante filtración y resuspensión en
agua desionizada para eliminar los materiales solubles y después se
diluyó hasta 35% de sólidos con agua desionizada. Se añadió calcio
(50 ppm añadidos como CaCl_{2}\cdot2H_{2}O) al almidón y el pH
se ajustó a aproximadamente 5,5 con KOH al 5%. Se añadieron
diversas sales de sodio a la suspensión de almidón para producir
concentraciones finales de sodio de 5 mM. Se añadió
\alpha-amilasa (SPEZYME AA20, producida por una
cepa de B. licheniformis y disponible en el mercado en
Genencor International, Inc.) a una velocidad de 12 LU/g de
carbohidratos, y el pH de la disolución se ajustó a pH 5,5 mediante
la adición de KOH al 5% o HCl al 6%, según fuera necesario. La
disolución se hidrolizó utilizando el sistema de reactor y el
procedimiento según se describe en el ejemplo 2. El grado de
hidrólisis de la suspensión de almidón se midió determinando el
equivalente de dextrosa (ED) inmediatamente después de la
contención secundaria.
Como se muestra en la tabla 2, se evita la
inactivación de la \alpha-amilasa durante la
licuefacción del almidón de maíz a pH 5,5 mediante la adición del
ion sodio procedente de una diversidad de fuentes. Aunque el
bromato de sodio aparentemente es ineficaz, esto se atribuye al
fuerte efecto de oxidación que se sabe que se produce entre el
bromato y las proteínas.
| Sal de sodio evaluada | ED |
| ninguna | 2,3 |
| NaH_{2}PO_{4} | 8,9 |
| benzoato de sodio | 11,7 |
| Na_{2}SO_{4} | 10,7 |
| NaNO_{3} | 10,8 |
| tartrato de potasio y sodio | 9,8 |
| tetraborato de sodio | 10,7 |
| propionato de sodio | 11,2 |
| citrato de sodio | 6,6 |
| succinato de sodio | 10,4 |
| glutamato de monosodio | 10,6 |
| bromato de sodio | aproximadamente 0 |
Una suspensión de almidón de maíz de una planta
de molienda en húmedo de maíz se diluyó hasta 35% de sólidos con
agua desionizada y se añadieron 300 ppm de calcio como
Ca(OH)_{2}. Se añadieron diversas concentraciones
de ion sodio a la suspensión de almidón para producir la
concentración de iones sodio deseada. Se evaluaron al menos dos
concentraciones de iones sodio en cada concentración de
\alpha-amilasa. La concentración de ion sodio en
la suspensión de almidón se midió mediante un electrodo de ion sodio
(Corning nº 476138). La suspensión de almidón de sólidos conocidos
se filtró a través de un papel de filtro Whatman nº 3 y se midió la
concentración de sodio del filtrado como se describe en el manual
del electrodo de sodio. Las concentraciones de ion sodio se indican
como partes por millón de la suspensión completa de almidón.
El pH de la suspensión de almidón se ajustó a
aproximadamente el pH deseado (entre 5,5 y 5,9) con KOH al 5% o HCl
al 6%, según fuera necesario. Se añadió
\alpha-amilasa (SPEZYME AA20, producida por una
cepa de B. licheniformis y disponible en el mercado en
Genencor International, Inc.) a una velocidad de 12, 15 ó 18 LU/g
de sólidos secos de carbohidratos, y el pH de la disolución se
ajustó al pH deseado mediante la adición de KOH al 5% o HCl al 6%,
según fuera necesario. La disolución se hidrolizó utilizando la
corriente en chorro y el procedimiento según se describe en el
ejemplo 2. El grado de hidrólisis de la suspensión de almidón se
midió determinando el equivalente de dextrosa (ED) inmediatamente
después de la contención secundaria.
Las concentraciones de iones sodio utilizadas en
la licuefacción se ajustaron de forma que se obtuvieron ED por
encima y por debajo de 10 en cada dosificación de
\alpha-amilasa evaluada. Entonces se determinó la
concentración de ion sodio requerida para producir un almidón
licuado de ED 10 en cada dosificación de enzima, construyendo una
gráfica de valores de ED frente a las concentraciones de ion sodio e
interpolando los puntos de datos.
Como se muestra en la tabla 3, a medida que
disminuye el pH de las gotas de licuefacción o la concentración de
\alpha-amilasa, se necesita más ion sodio para
producir un almidón licuado de ED 10.
| pH | Concentración de sodio (ppm) | ||
| 12 LU/g | 15 LU/g | 18 LU/g | |
| 5,9 | 100 | 28 | 5 |
| 5,7 | 155 | 95 | 22 |
| 5,5 | 322 | 200 | 63 |
Por supuesto, debe entenderse que puede
realizarse una amplia gama de cambios y modificaciones en la
realización preferida descrita anteriormente. Por tanto, se
pretende que la anterior descripción detallada se entienda que se
encuentre en las siguientes reivindicaciones, incluyendo todos los
equivalentes, que pretenden definir el alcance de esta
invención.
Claims (6)
1. Un método para licuar una disolución de
almidón que es una suspensión, que comprende las etapas de:
(a) añadir una composición de sodio a dicha
disolución de almidón, en el que la concentración final de sodio de
dicha disolución de almidón es mayor que 20 ppm, en el que dicha
composición de sodio comprende cloruro de sodio, benzoato de sodio,
sulfato de sodio, bisulfito de sodio, ascorbato de sodio, nitrato de
sodio, tartrato de sodio, tetraborato de sodio, propionato de
sodio, citrato de sodio, succinato de sodio, glutamato de monosodio,
citrato de trisodio o sus mezclas;
(b) añadir \alpha-amilasa a
dicha disolución de almidón; y
(c) incubar dicha disolución de almidón que
comprende dicha composición de sodio y dicha
\alpha-amilasa a un pH entre 4,5 y 5,5, a una
temperatura entre 80ºC y 115ºC, y durante un tiempo adecuado para
licuar dicha disolución de almidón para formar una disolución de
almidón licuada;
en el que dicha etapa (c) se realiza bajo unas
condiciones tales que un antioxidante está presente en dicha
disolución de almidón en una concentración final que comprende menos
de 2,5 mM de un antioxidante.
2. El método según la reivindicación 1, en el
que dicha composición de sodio está presente en una concentración
final de 20 ppm a 10.000 ppm.
3. El método según la reivindicación 1, en el
que dicha composición de sodio está presente en una concentración
final de 50 ppm a 1000 ppm.
4. El método según la reivindicación 1, en el
que dicha composición de sodio está presente en una concentración
final de 100 ppm a 500 ppm.
5. El método según la reivindicación 1, en el
que dicha etapa (a) es anterior a dicha etapa (b).
6. El método según la reivindicación 1, en el
que dicha etapa (a) es simultánea con dicha etapa (b).
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