ES2309137T3 - Procedimiento continuo de modificacion del almidon y sus derivados mediante enzimas de ramificacion. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de modificación de almidón o derivados del almidón mediante enzimas de ramificación, caracterizado porque consiste en: 1) calentar el almidón o los derivados de almidón de manera que se obtiene una leche de almidón parcial o totalmente gelatinizada, 2) enfriar entre 1 y 15 min la leche de almidón así obtenida de manera que se lleva a la temperatura óptima de la enzima de ramificación, 3) introducir dichas enzimas de ramificación en continuo en el medio de reacción que contiene almidón o derivados del almidón.
Description
Procedimiento continuo de modificación del
almidón y sus derivados mediante enzimas de ramificación.
\global\parskip0.930000\baselineskip
La presente invención se refiere a un
procedimiento de modificación del almidón y de sus derivados
mediante enzimas de ramificación.
Más particularmente, la invención se refiere a
un procedimiento de modificación del almidón y de los derivados
del almidón en el que las enzimas de ramificación se introducen en
continuo en el medio de reacción.
El almidón está constituido por dos polímeros,
la amilosa y la amilopectina. La amilosa es la fracción que
encierra homopolímeros lineales de glucosa unidos en
\alpha-1,4 y algunos puntos de ramificación en
\alpha-1,6. En cuanto a la amilopectina, es la
fracción ramificada, constituida por cadenas lineales de glucosa en
\alpha-1,4 conectadas a otras cadenas lineales de
glucosa en \alpha-1,4 mediante puntos de
ramificación en \alpha-1,6.
La asociación de estos dos homopolímeros,
empaquetados en forma de gránulos de almidón muy bien estructurados,
constituye la reserva de fuente carbonada de la planta.
El producto de almidón en cada planta está
constituido por un porcentaje variable de cada uno de sus
constituyentes amilosa y amilopectina, incluso por una distribución
particular de los pesos moleculares de cada uno de dichos
homopolímeros de glucosa. Esto explica el motivo por el que los
diversos almidones y sus derivados se clasifican habitualmente en
función de su origen botánico.
Las propiedades funcionales de los almidones y
de sus derivados son además función directa de su contenido en
amilosa y amilopectina.
Por tanto, cuando se calienta una suspensión de
almidón más allá de la temperatura de gelatinización, el gránulo de
almidón hinchado y la amilosa se solubilizan preferiblemente.
No obstante, durante el enfriamiento de esta
goma, especialmente en condiciones de temperatura y de materia
seca particulares, los homopolímeros de glucosa se retrogradan,
rápidamente para la amilosa (algunas horas), y de manera más lenta
para la amilopectina (algunos días).
La retrogradación se entiende como la tendencia
que tienen las macromoléculas de amilosa y de amilopectina, durante
el enfriamiento de dicha goma, a reasociarse entre sí, mediante
formación de enlaces de hidrógeno.
De manera práctica, se traduce en una
opacificación y un aumento de la viscosidad durante el enfriamiento
de la goma y en la formación en frío de una estructura
tridimensional gelificada.
Los especialistas del campo del uso de los
almidones y de los derivados del almidón en la industria
alimentaria están de acuerdo en decir que este fenómeno de
retrogradación afecta más particularmente a la textura de los
alimentos, y disminuye la vida útil.
Además, la solubilización de la amilosa durante
la cocción del almidón, seguida por un enfriamiento, favorece a su
complejación con los lípidos residuales del almidón.
La amilosa se presenta de hecho en forma
helicoidal en la que los lípidos pueden insertarse, generando
entonces complejos amilosa-lípidos.
Estos complejos amilosa-lípidos
conducen igualmente a la formación de compuestos insolubles que
perturban el comportamiento reológico especialmente de las gomas
preparadas a partir de esos almidones y alteran así su estado
coloidal.
Esto se traducirá en la industria papelera en
numerosos problemas tecnológicos, tanto a nivel de las
obstrucciones de los filtros como al de la calidad del papel.
Se sabe hacer estos productos más aceptables,
preparándolos a partir de sustancias amiláceas ricas en
amilopectina, y por tanto por ejemplo a partir de las variedades
cerosas.
Evidentemente, se obtiene igualmente como
resultado una limitación de la formación de los complejos
amilosa-lípidos.
No obstante, la estabilidad de los geles y
aglutinantes obtenidos a partir de dichos productos amiláceos ricos
en amilopectina no es suficiente para las necesidades de las
industrias alimentarias, en las que a veces es necesario tener una
duración de almacenamiento de varios meses.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Una primera solución consiste en estabilizar los
homopolímeros de glucosa, y esto gracias a agentes químicos. Esta
operación se realiza la mayor parte de las veces mediante la puesta
en práctica de reacciones de esterificación o de eterificación.
Puede tratarse especialmente de reacciones de acetilación o de
hidroxipropilación. Además, para obtener las propiedades de textura
y de viscosidad deseadas, estas reacciones se asocian con
frecuencia a una reacción de reticulación.
Estas modificaciones confieren entonces
propiedades reológicas notables a los almidones, haciéndolos más
resistentes a los tratamientos mecánicos tales como el
cizallamiento, o a los medios ácidos. La acetilación o la
hidroxipropilación confieren además una buena estabilidad en el
almacenamiento tras la cocción, especialmente a baja
temperatura.
No obstante, los productos así obtenidos
presentan el inconveniente de haberse tratado químicamente, lo que
a menudo se percibe mal por los consumidores.
Una alternativa a los procedimientos que
pretenden modificar químicamente los almidones nativos de plantas
mutantes, híbridas o genéticamente modificadas, consiste en
introducir in vitro nuevos puntos de ramificación en el
almidón.
Se trata entonces de conducir a una
reorganización de las cadenas de amilopectina o de amilosa, en vez
de poner en práctica reacciones de estabilización y/o de
reticulación tal como se indicó anteriormente.
Una técnica consiste en poner en práctica
enzimas purificadas de la biosíntesis del glucógeno y/o del
almidón, tales como las enzimas de ramificación del glucógeno o del
almidón, responsables respectivamente de la síntesis de los puntos
de ramificación en \alpha-1,6 del glucógeno, o de
los puntos de ramificación en \alpha-1,6 de la
amilopectina y algunos puntos de ramificación de la amilosa.
Por tanto, en la patente JP
60-752.95 se describe un procedimiento de obtención
de sustancias amiláceas solubles en agua y de fabricación de
alimentos o de bebidas que las contienen, que consiste en extraer
la fracción soluble en agua del producto procedente de la acción
de una enzima ramificante sobre una sustancia amilácea
gelatinizada.
Entonces se realiza la reacción en "serie",
es decir, mezclando sin precaución particular la sustancia
amilácea que va a modificarse y la enzima ramificante.
De igual manera, en la patente FR 2.499.588 que
cubre una enzima ramificante y la producción de alimentos
mejorados, en primer lugar se somete una disolución de sustancias
amiláceas, preparada mediante gelatinización y dispersión, a la
acción de la enzima ramificante, y después se mezcla sin
tratamiento posterior o, si es necesario, tras concentración y/o
secado, con los productos alimenticios.
Se procede igualmente al calentamiento de la
sustancia amilácea en presencia de la enzima ramificante con el fin
de realizar simultáneamente la gelatinización y la reacción
enzimática, y a continuación se incorpora el producto resultante en
los productos alimenticios según se desea.
No obstante, las enzimas de ramificación puestas
en práctica en dicha patente tienen temperaturas óptimas de acción
relativamente bajas (del orden de 30ºC para la enzima extraída de
E. coli o de la patata, y del orden de 25ºC para Bacillus
megaterium).
Se sabe de manera general que la temperatura de
gelatinización de sustancia amilácea es inferior a 100ºC, pero una
cocción industrial que implica materias secas elevadas y un tiempo
de cocción corto, exige normalmente temperaturas superiores a 100ºC
(comprendidas entre 110 y 170ºC), temperaturas evidentemente
incompatibles con las de funcionamiento óptimas de las enzimas
puestas en práctica.
La práctica propuesta en las patentes JP
60-752.95 y FR 2.499.588 es la de gelatinizar fas
sustancias amiláceas en condiciones de temperatura que se realizan
perjudicando una actividad óptima de las enzimas de ramificación
puestas en práctica.
Esta manera de proceder no permite por tanto
conciliar el comportamiento reológico de la sustancia amilácea que
va a tratarse y el modo de acción de las enzimas de
ramificación.
La enseñanza de la patente EP 690.170 referente
a un procedimiento de recubrimiento y alisado de superficie del
papel se encuentra dentro de esta misma lógica, ya que considera
que la gelatinización del almidón es el factor esencial, debiendo
gelatinizarse absolutamente el almidón para permitir una acción
eficaz de las enzimas de ramificación.
Por tanto, se describe gelatinizar el almidón en
serie o en continuo, mientras que la enzima se introduce de manera
indiferente, antes o después de dicha gelatinización.
Se ha propuesto una solución parcial para esta
dificultad de conciliar la optimización de la reacción enzimática y
las condiciones de gelatinización, en la solicitud de patente EP
710.674, en la que se escribe la puesta en práctica de la enzima de
ramificación de la patata, o la puesta en práctica de una enzima de
ramificación procedente de un organismo termorresistente.
En el primer caso, se recomienda utilizar una
enzima de ramificación aislada de la patata, ya que su producción
en gran cantidad no presenta ninguna dificultad principal. Por
tanto, el exceso de enzima aportado al medio de reacción compensa
la pérdida importante de actividad enzimática que va a
experimentarse.
Esta solución no es en absoluto satisfactoria,
ya que no permite en ningún caso controlar la reacción
enzimática.
En el segundo caso, se recomienda la enzima
porque presenta una temperatura óptima más elevada que la de la
enzima de ramificación de la patata.
No obstante, el aumento de la tolerancia térmica
de las enzimas no se entiende automáticamente como una mejor
calidad de los productos generados.
La puesta en práctica de estas enzimas soluciona
el problema del choque térmico durante la introducción de la
enzima en el medio de reacción.
No obstante, la sociedad del solicitante ha
constatado la aparición de estructuras de tipo complejos
amilosa-lípidos en las gomas obtenidas tras la
modificación del almidón por dichas enzimas de ramificación
termorresistentes. El documento WO0066633 describe polímeros
solubles de glucosa ramificados que sustancialmente no contienen
enlaces beta glucosídicos, que presentan contenidos particulares en
enlaces glucosídicos alfa-1,6, una excelente
estabilidad en disolución expresada por su baja tendencia a la
retrogradación y una notable distribución de los pesos moleculares
en un intervalo comprendido entre 104 y 108 Dalton.
De todo lo anterior, se obtiene como resultado
que existe por tanto una necesidad no satisfecha de disponer de un
procedimiento de modificación eficaz del almidón o de los derivados
del almidón mediante enzimas de ramificación.
Este procedimiento requiere especialmente que se
establezcan las condiciones operativas que permitan controlar por
una parte las temperaturas exigidas para la cocción industrial de
los almidones y de los derivados de almidón y, por otra parte, las
temperaturas correspondientes a la actividad óptima de las enzimas
de ramificación.
Estas condiciones operativas deben permitir
entonces optimizar el funcionamiento de las enzimas de
ramificación, limitando esto la formación en el medio de reacción
de sustancias insolubles, pudiendo ser éstas especialmente
partículas resultantes de la retrogradación del almidón o de los
complejos procedentes de la asociación estructurada con los
lípidos, estorbando estas sustancias insolubles a la accesibilidad
de las enzimas a los sitios de ramificación de las cadenas
glucídicas, y pudiendo conducir a la alteración de la calidad de
los productos formados.
Sin quedar limitado a ninguna teoría, la
sociedad solicitante entiende por "asociaciones estructuradas
amilosa-lípidos" una posible organización de tipo
cristalino de la amilosa y de los lípidos.
La sociedad solicitante tiene el mérito de
conciliar todos los objetivos que se consideraban hasta ahora
difícilmente conciliables imaginando y elaborando, a costa de
numerosas investigaciones, un procedimiento de modificación del
almidón o de los derivados del almidón mediante enzimas de
ramificación que consiste en introducir dichas enzimas de
ramificación en continuo en el medio de reacción que contiene
almidón o derivados del almidón.
El procedimiento de modificación del almidón o
de los derivados del almidón mediante enzimas de ramificación
según la invención consiste en primer lugar en calentar el almidón
o los derivados de almidón de manera que estén en forma parcial o
totalmente gelatinizada.
Esta primera etapa del procedimiento según la
invención garantiza la solubilización del almidón, o de un derivado
del almidón, susceptible de tratarse mediante las enzimas de
ramificación.
Por "almidón" se entiende en el sentido de
la invención, un almidón seleccionado del grupo constituido por
los almidones de maíz, de patata, de trigo, de guisante, de tapioca
y de arroz.
Por "derivados de almidón" se entienden los
productos de hidrólisis ácida o enzimática del almidón, e
igualmente los productos de las modificaciones químicas y físicas
del almidón de cualquier naturaleza.
En un modo de realización del procedimiento
según la invención, se prepara una leche de almidón de una materia
seca que comprende entre el 5 y el 50%, que se calienta, mediante
cualquier técnica conocida por otra parte por el experto en la
técnica, a una temperatura igual o superior a la temperatura de
gelatinización del almidón, preferiblemente comprendida entre al
menos 100 y como máximo 200ºC, aún más preferiblemente comprendida
entre al menos 110 y como máximo 170ºC.
\newpage
\global\parskip0.930000\baselineskip
Por "enzimas de ramificación" se entiende
en el sentido de la invención las enzimas de ramificación
seleccionadas del grupo constituido por las enzimas de ramificación
del glucógeno, las enzimas de ramificación del almidón, las
ciclomaltodextrina glucosil transferasas, las transglucosidasas y
cualquiera de las mezclas de estas enzimas.
Más particularmente, estas enzimas de
ramificación se extraen de organismos y/o de microorganismos
seleccionados del grupo constituido por las plantas superiores, las
levaduras, las bacterias y las algas unicelulares.
Tras esta etapa de solubilización total o
parcial de la leche de almidón o de la leche de derivados de
almidón, se procede según la invención, a la introducción en
continuo de las enzimas de ramificación en el medio de
reacción.
Más particularmente, se ajusta el tiempo y la
temperatura de las condiciones de introducción de las enzimas de
ramificación en el medio de reacción de manera que se limita la
formación de los compuestos insolubles procedentes de la
retrogradación del almidón y de las asociaciones estructuradas
amilosa-lípidos.
Por tanto se procede, según la invención, al
enfriamiento de la leche de almidón así parcial o totalmente
gelatinizada, de manera que se lleva a la temperatura óptima de la
enzima de ramificación seleccionada.
La sociedad solicitante ha encontrado que hace
falta enfriar aquí de manera continua, rápida y controlada la leche
de almidón parcial o totalmente gelatinizada hasta alcanzar la
temperatura de funcionamiento óptima de la enzima de
ramificación.
Por ejemplo, si se selecciona la enzima de
ramificación del glucógeno extraído de Escherichia coli o de
microorganismos del género Bacillus (B.
stearothermophilus, B. megaterium...), o producida a
partir de un organismo genéticamente modificado, hace falta llevar
la goma de almidón a la temperatura óptima de funcionamiento de la
enzima, es decir comprendida entre 20 y 30ºC, o comprendida entre
60 y 75ºC, si la enzima procede de un microorganismo
termorresistente tal como B. stearothermophilus.
Se seleccionará ventajosamente enfriar
rápidamente la disolución de almidón o de derivados de almidón
parcial o totalmente gelatinizados, de su temperatura inicial
comprendida entre 100 y 200ºC, en condiciones tales que permitan
evitar la retrogradación del almidón o la formación de las
asociaciones estructuradas amilosa-lípidos, por
ejemplo entre 1 y 15 min, tal como se mostrará a modo de ejemplo a
continuación.
A continuación se procede al ajuste del pH de la
disolución, de manera que se lleva a un valor según el modo de
funcionamiento de dicha enzima.
Otra característica esencial de la invención
consiste en esta etapa de introducir en continuo las enzimas de
ramificación.
La sociedad solicitante tiene por tanto el
mérito de mostrar que, de hecho, mediante la adición en continuo
de las enzimas de ramificación al medio de reacción, es como puede
optimizarse la tasa de modificación de los almidones o derivados de
almidón así tratados, y no ajustando las condiciones de
gelatinización, tal como se recomendaba hacer en el estado de la
técnica.
Por ejemplo, con la enzima de ramificación del
glucógeno de E. coli purificada, se selecciona ventajosamente
añadir en continuo enzima diluida a entre 0,5 y 15 mg/ml de
proteínas a un caudal comprendido entre 90 y 600 ml/h en un flujo
de la disolución de almidón o de derivados de almidón del 5 al 50%
de materia seca a un caudal comprendido entre 0,5 y 50 l/h y
enfriado durante entre 30 segundos y 15 minutos, tal como se
mostrará a modo de ejemplo a continuación.
Al final de la reacción, se procederá finalmente
a la desactivación térmica de la enzima. En el caso de una enzima
que presenta una temperatura óptima de 30ºC, se admite que un
aumento a la temperatura de 70ºC durante un tiempo apropiado
inactiva completamente dicha enzima. Para una enzima de
ramificación que presenta una temperatura óptima a 70ºC, la
inactivación térmica se realizará a 100ºC.
La eficacia del procedimiento según la invención
con respecto a los procedimientos clásicos de modificación de los
almidones y derivados de almidón se determina siguiendo los
siguientes parámetros analíticos.
La determinación de la tasa de enlaces
\alpha-1,6, que resulta de la acción de la enzima
de ramificación, la de la masa molar de los productos así
modificados y el contenido en azúcares reductores se realiza tal
como se indica en la solicitud de patente WO 00/66633 de la que es
titular la sociedad solicitante.
La medición de la viscosidad de la disolución de
almidón o de derivados de almidón así tratados se realiza
siguiendo la siguiente prueba. El análisis de viscosidad consiste,
en función de los productos que van a analizarse, en pesar una masa
de producto seco (3 g secos para un almidón de maíz convencional o
químicamente modificado, 4,5 g secos para un almidón de maíz tipo
ceroso), en añadir 6,75 g de glicerol al 98% de pureza en el
recipiente de un dispositivo "Rapid Visco Analyser" (RVA
Newport), después en completar a 28 g con agua desmineralizada.
Es igualmente posible medir la viscosidad de una
masa de producto seco en ausencia de glicerol, en este caso 7 g
secos para un almidón de maíz convencional completado a 28 g con
agua desmineralizada.
\global\parskip1.000000\baselineskip
A continuación se homogeneiza cuidadosamente el
conjunto. Entonces se realiza el perfil tiempo/temperatura y
velocidad de RVA tal como sigue. Se agita la muestra a 100 rpm a
una temperatura de 25ºC durante 5 s, después a 500 rpm durante 15
s.
Se mantiene la agitación a 160 rpm durante el
resto del perfil. Se mantiene la temperatura inicial de 25ºC
durante 10 min, después se aumenta a 90ºC en 8 min. Se mantiene
esta temperatura 3 min, después se reduce a 30ºC en 8 min y se
mantiene a este valor de 30ºC durante 5 min.
La viscosidad retenida es la viscosidad medida
en centipoises al final del perfil a 30ºC, a 34 min. Entonces se
almacenan los recipientes de RVA a 4ºC durante 7 días y después se
realiza una nueva medición de la viscosidad. Para ello, se agita la
muestra a 160 rpm a 30ºC durante 20 min. La viscosidad retenida es
la media de la viscosidad entre 15 y 20 min.
Otras características y ventajas de la invención
aparecerán tras la lectura de los ejemplos no limitativos
descritos a continuación.
Se realizan dos ensayos en serie y en continuo
con almidón de maíz convencional con enzima de ramificación del
glucógeno purificada procedente de E. coli tal como se
indica a continuación.
Para el procedimiento de modificación "en
serie", se prepara una leche de almidón al 10% de materia seca.
Se realiza la solubilización mediante paso en un horno tubular
calentado por un fluido térmico a 145ºC a una presión de 4 a 5
bares a un caudal de 40 ml/min.
Se recupera 1 kg de goma a una temperatura
próxima a 100ºC y después se enfría en 2 horas con agitación para
alcanzar una temperatura de 30ºC.
Se ajusta el pH a un valor del orden de 7,5
mediante NaOH 0,1 N. Se introducen 0,84 mg de enzima purificada con
homogeneidad por gramo de almidón directamente en la disolución a
30ºC y se realiza la reacción durante 20 h y 45 min. Al final de la
reacción, se desactiva la enzima mediante calentamiento a
70ºC.
Para el procedimiento continuo, se solubiliza la
misma leche de almidón al 10% de materia seca mediante paso en un
horno tubular calentado por un fluido térmico a 145ºC a una presión
de 4 a 5 bares a un caudal de 18 ml/min.
Se realiza el enfriamiento a este mismo caudal
en 5 minutos mediante paso en dos refrigeradores a -5ºC para
alcanzar 30ºC.
Se ajusta el pH en continuo a 7,5 mediante NaOH
0,1 N, y se introduce la enzima diluida a 1,2 mg/ml en continuo a
un caudal de 1,6 ml/min aguas arriba de una mezcladora en
línea.
Se realiza la reacción en un reactor con
termostato a 30ºC durante 20 h y 45 min, y al final de la reacción,
se desactiva la enzima mediante calentamiento a 70ºC.
La tabla I proporciona los valores de las tasas
de ramificación, de masa molar, de viscosidad y el contenido en
azúcares reductores de los almidones convencionales modificados en
serie (B) y en continuo (C) en comparación con el control (A).
Para el control (A), se prepara una leche de
almidón de maíz convencional al 10% de MS. Se realiza la
solubilización mediante paso en un horno tubular calentado por un
fluido térmico a 145ºC a una presión de 4 a 5 bares a un caudal de
40 ml/min. A continuación se enfría la disolución a 30ºC.
\newpage
Para los productos B y C, se constata la misma
estabilidad de las disoluciones, el mismo contenido en azúcares
reductores (lo que confirma la redistribución de las cadenas sin
hidrólisis del almidón tratado y la ausencia de actividades
amilásicas contaminantes) con respecto al control.
En cambio, gracias al procedimiento continuo, se
aumenta significativamente la tasa de ramificación, y la masa
molar es inferior, con una dispersión de las masas muy baja.
Los análisis de cromatografía de los perfiles de
distribución de los pesos moleculares muestran de hecho la
diferencia entre los productos B y C.
La distribución es muy estrecha y está centrada
en 2\cdot10^{5} Dalton para el producto C, mientras que está
más separada, "polidispersada" y centrada en 3\cdot10^{5}
Dalton para el producto B.
Se constata igualmente que la viscosidad del
producto C en disolución es más baja que la del producto B.
Por tanto, el procedimiento continuo según la
invención permite optimizar la reacción enzimática.
De hecho, este ejemplo muestra que la
reactividad de la enzima de ramificación es mejor durante el
procedimiento continuo, permitiendo éste especialmente limitar
fuertemente la retrogradación del almidón.
Se realizan dos ensayos en serie y en continuo
con almidón de maíz convencional con enzima de ramificación del
glucógeno purificada procedente de E. coli tal como se
indicó en el ejemplo 1, con la diferencia de que la reacción
enzimática se realiza a 60ºC.
Esta temperatura de reacción es muy superior a
la temperatura óptima de reacción de la enzima aislada de E.
coli, pero presenta la ventaja de estar más de acuerdo con las
condiciones industriales clásicas de puesta en práctica de enzimas
industriales.
Por tanto, era importante someter a prueba la
eficacia del procedimiento según la invención en tales condiciones
operativas.
Para el procedimiento de modificación en
"serie", se prepara una leche de almidón al 10% de materia
seca.
Se realiza la solubilización mediante paso en un
horno tubular calentado por un fluido térmico a 145ºC a una
presión de 4 a 5 bares a un caudal de 27 ml/min.
Se recuperan 0,5 kg de goma a una temperatura
próxima a 100ºC y después se enfrían durante 2 h y 30 min con
agitación para alcanzar la temperatura de 60ºC.
Se ajusta el pH hacia 7,5 mediante NaOH 0,1 N y
se introducen 2,2 mg de enzima purificada con homogeneidad por
gramo de almidón directamente en la disolución a 60ºC y se realiza
la reacción durante 19 h. Al final de la reacción, se desactiva la
enzima mediante calentamiento a 70ºC.
Para el procedimiento continuo, se solubiliza la
misma leche de almidón al 10% de materia seca mediante paso en un
horno tubular calentado por un fluido térmico a 145ºC a una presión
de 4 a 5 bares a un caudal de 35 ml/min.
Se realiza el enfriamiento a este mismo caudal
en 6 minutos para alcanzar 60ºC. Se ajusta el pH en continuo a 7,5
mediante NaOH 0,1 N, y se introduce la enzima diluida a 3,1 mg/ml
en continuo a un caudal de 2,5 ml/min aguas arriba de una
mezcladora en línea.
Se realiza la reacción en un reactor con
termostato a 60ºC durante 22 h y 30 min, y al final de la reacción,
se desactiva la enzima mediante calentamiento a 70ºC.
La tabla II proporciona los valores de las tasas
de ramificación, de masa molar, de viscosidad y el contenido en
azúcares reductores de los almidones convencionales modificados en
serie (E) y en continuo (F) en comparación con el control (D).
Para el control (D), se prepara una leche de
almidón de maíz convencional al 10% de MS. Se realiza la
solubilización mediante paso en un horno tubular calentado por un
fluido térmico a 145ºC a una presión de 4 a 5 bares a un caudal de
28 ml/min. A continuación se enfría la disolución a 60ºC.
La adición en continuo de la enzima, incluso a
una temperatura poco tolerada por la enzima de ramificación,
permite mejorar la tasa de ramificación del almidón así obtenido, y
conferirle propiedades fisicoquímicas nuevas, tal como ilustran por
otro lado los resultados obtenidos de viscosidad de la
disolución.
Este ejemplo ilustra aún más la ventaja del
procedimiento con adición en continuo de la enzima.
De hecho, incluso a una temperatura que limita
los fenómenos de retrogradación del almidón de maíz convencional,
la adición en continuo de la enzima de ramificación permite obtener
un producto cuyas características se mejoran con respecto al
producto realizado con un procedimiento en serie.
Se realiza un ensayo con maíz de tipo ceroso,
aunque se entiende que un almidón de esta calidad presenta una baja
tendencia a la retrogradación.
No obstante, se admite igualmente que
especialmente en las aplicaciones papeleras, por ejemplo tras un
tratamiento oxidante, es difícil mantener la estabilidad de las
preparaciones a partir de dicho almidón de tipo ceroso.
Por tanto era interesante intentar obtener, tras
modificación en continuo, un almidón de tipo ceroso incluso más
transformado que durante un procedimiento de modificación en
serie.
Para el procedimiento de modificación "en
serie", se prepara una leche de almidón de tipo ceroso al 15%
de materia seca.
Se realiza la solubilización mediante paso en un
horno tubular calentado por un fluido térmico a 145ºC a una
presión de 4 a 5 bares a un caudal de 25 ml/min.
Se recupera 1 kg de goma a una temperatura
próxima a 100ºC y después se enfría en 4 h y 15 min con agitación
para alcanzar la temperatura de 30ºC.
Se ajusta el pH hacia 7,5 mediante NaOH 0,1 N y
se introducen 2,1 mg de enzima purificada con homogeneidad por
gramo de almidón directamente en la disolución a 30ºC y se hace
reaccionar la mezcla durante 20 h. Al final de la reacción, se
desactiva la enzima mediante calentamiento a 70ºC.
Para el procedimiento continuo, se solubiliza la
misma leche de almidón al 15% de materia seca mediante paso en un
horno tubular calentado por un fluido térmico a 145ºC a una presión
de 4 a 5 bares a un caudal de 25 ml/min.
Se realiza el enfriamiento a este mismo caudal
en 5 a 10 minutos para alcanzar 30ºC. Se ajusta el pH en continuo
a 7,5 mediante NaOH 0,1 N, y se introduce la enzima diluida a 3,1
mg/ml en continuo a un caudal de 2,5 ml/min aguas arriba de una
mezcladora en línea.
Se realiza la reacción en un reactor con
termostato a 30ºC durante 22 h y 30 min, y al final de la reacción,
se desactiva la enzima mediante calentamiento a 70ºC.
La tabla III proporciona los valores de las
tasas de ramificación, de masa molar, de viscosidad y el contenido
en azúcares reductores de los almidones de tipo ceroso modificados
en serie (H) y en continuo (I) en comparación con el control
(G).
Para el control (G), se prepara una leche de
almidón de maíz de tipo ceroso al 15% de MS. Se realiza la
solubilización mediante paso en un horno tubular calentado por un
fluido térmico a 145ºC a una presión de 4 a 5 bares a un caudal de
25 ml/min. A continuación se enfría la disolución a 30ºC.
\global\parskip0.930000\baselineskip
Por tanto, el tratamiento según la invención del
almidón de tipo ceroso mediante la enzima de ramificación en
continuo permite, con respecto al procedimiento en serie, aumentar
de manera significativa la tasa de ramificación y generar
productos que todavía presentan una buena estabilidad en el tiempo y
un comportamiento reológico satisfactorio.
Se realza un ensayo con un maíz de tipo ceroso,
tal como en el ejemplo 3, pero se procede a un tratamiento mediante
la enzima de ramificación a 60ºC.
Para el procedimiento de modificación "en
serie", se prepara una leche de almidón de tipo ceroso al 15%
de materia seca.
Se realiza la solubilización mediante paso en un
horno tubular calentado por un fluido térmico a 145ºC a una
presión de 4 a 5 bares a un caudal de 22 ml/min.
Se recuperan 0,5 kg de goma a una temperatura
próxima a 100ºC y después se enfrían en 1 h y 30 min con agitación
para alcanzar la temperatura de 60ºC.
Se ajusta el pH hacia 7,5 mediante NaOH 0,1 N y
se introducen 2,2 mg de enzima purificada con homogeneidad por
gramo de almidón directamente en la disolución a 60ºC y se realiza
la reacción durante 19 h. Al final de la reacción, se desactiva la
enzima mediante calentamiento a 70ºC.
Para el procedimiento continuo, se solubiliza la
misma leche de almidón al 15% de materia seca mediante paso en un
horno tubular calentado por un fluido térmico a 145ºC a una presión
de 4 a 5 bares a un caudal de 25 ml/min.
Se realiza el enfriamiento a este mismo caudal
en 8 minutos para alcanzar 60ºC. Se ajusta el pH en continuo a 7,5
mediante NaOH 0,1 N, y se introduce la enzima diluida a 3,1 mg/ml
en continuo a un caudal de 2,9 ml/min aguas arriba de una
mezcladora en línea.
Se realiza la reacción en un reactor con
termostato a 60ºC durante 22 h y 30 min, y al final de la reacción,
se desactiva la enzima mediante calentamiento a 70ºC.
La tabla IV proporciona los valores de las tasas
de ramificación, de masa molar, de viscosidad y el contenido en
azúcares reductores de los almidones de tipo ceroso modificados en
serie (K) y en continuo (L) en comparación con el control (J).
Para el control (J), se prepara una leche de
almidón de maíz de tipo ceroso al 15% de MS. Se realiza la
solubilización mediante paso en un horno tubular calentado por un
fluido térmico a 145ºC a una presión de 4 a 5 bares a un caudal de
22 ml/min. A continuación se enfría la disolución a 60ºC.
Por tanto, el tratamiento según la invención del
almidón de tipo ceroso mediante enzima de ramificación en continuo
permite, con respecto al procedimiento en serie, aumentar de manera
significativa la tasa de ramificación y generar productos que
todavía presentan una buena estabilidad en el tiempo y un
comportamiento reológico totalmente conforme a las modificaciones
realizadas en el procedimiento en serie.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Se realizan dos ensayos en serie y en continuo
con almidón de maíz convencional con enzima de ramificación del
glucógeno purificada procedente de B. stearothermophilus tal
como se indica a continuación.
Para el procedimiento de modificación "en
serie", se prepara una leche de almidón al 10% de materia
seca.
Se realiza la solubilización mediante paso en un
horno tubular calentado por un fluido térmico a 145ºC a una
presión de 4 a 5 bares a un caudal de 32 ml/min.
Se recuperan 1,8 kg de goma a una temperatura
próxima a 100ºC y después se enfrían en 1 h y 30 min con agitación
para alcanzar la temperatura de 70ºC.
Se ajusta el pH hacia 6,5 mediante NaOH 0,1 N y
se introducen 0,026 mg de enzima purificada con homogeneidad por
gramo de almidón directamente en la disolución a 70ºC y se realiza
la reacción durante 23 h. Al final de la reacción, se desactiva la
enzima mediante calentamiento a 100ºC.
Para el procedimiento continuo, se solubiliza la
misma leche de almidón al 10% de materia seca mediante paso en un
horno tubular calentado por un fluido térmico a 145ºC a una presión
de 4 a 5 bares a un caudal de 32 ml/min.
Se realiza el enfriamiento a este mismo caudal
en 5-10 minutos para alcanzar 70ºC. Se ajusta el pH
en continuo a 6,5 mediante NaOH 0,1 N, y se introduce la enzima
diluida a 0,026 mg/ml en continuo a un caudal de 3,3 ml/min aguas
arriba de una mezcladora en línea.
Se realiza la reacción en un reactor con
termostato a 70ºC durante 23 h, y al final de la reacción, se
desactiva la enzima mediante calentamiento a 100ºC.
La tabla V proporciona los valores de las tasas
de ramificación, de masa molar, de viscosidad y el contenido en
azúcares reductores de almidones convencionales modificados en
serie (N) y en continuo (O) en comparación con el control (M).
Para el control (M), se prepara una leche de
almidón de maíz convencional al 10% de MS. Se realiza la
solubilización mediante paso en un horno tubular calentado por un
fluido térmico a 145ºC a una presión de 4 a 5 bares a un caudal de
32 ml/min. A continuación se enfría la disolución a 70ºC.
Los resultados no muestran aparentemente
diferencias significativas entre el tratamiento en serie y el
tratamiento en continuo del almidón de maíz convencional mediante
la enzima de ramificación termorresistente procedente de B.
stearothermophilus.
No obstante, las gomas así obtenidas, recogidas
tras la desactivación de la enzima a 100ºC y centrifugadas,
presentan componentes precipitados en cantidades totalmente
diferentes entre el tratamiento en serie y el tratamiento en
continuo.
Estos componentes precipitados corresponden a
estructuras del tipo de las obtenidas mediante complejación de los
lípidos en la fracción amilosa del almidón tratado.
En el procedimiento de modificación del almidón
en serie, estos componentes precipitados alcanzan del orden del
12,9% en peso de la goma, mientras que el tratamiento en continuo
permite limitar estos componentes precipitados en un factor del
orden de 4.
Por tanto, el procedimiento de modificación del
almidón en continuo según la invención está particularmente bien
adaptado para la preparación de gomas de excelente calidad.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante se dirige únicamente a ayudar al lector y no forma parte
del documento de patente europea. Incluso si se ha procurado el
mayor cuidado en su concepción, no se pueden excluir errores y
omisiones y el OEB declina toda responsabilidad a este respecto.
- \bullet JP 60075295 A (0025) (0031)
- \bullet EP 710674 A (0035)
- \bullet FR 2499588 (0027) (0031)
- \bullet WO 0066633 A (0041) (0066)
\bullet EP 690170 A (0033)
Claims (6)
1. Procedimiento de modificación de almidón o
derivados del almidón mediante enzimas de ramificación,
caracterizado porque consiste en:
- 1)
- calentar el almidón o los derivados de almidón de manera que se obtiene una leche de almidón parcial o totalmente gelatinizada,
- 2)
- enfriar entre 1 y 15 min la leche de almidón así obtenida de manera que se lleva a la temperatura óptima de la enzima de ramificación,
- 3)
- introducir dichas enzimas de ramificación en continuo en el medio de reacción que contiene almidón o derivados del almidón.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se ajusta el tiempo y la temperatura de
las condiciones de introducción en continuo de las enzimas de
ramificación en el medio de reacción.
3. Procedimiento según una u otra de las
reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque las enzimas de
ramificación se extraen de organismos y/o de microorganismos
seleccionados del grupo constituido por las plantas superiores, las
levaduras, las bacterias y las algas unicelulares.
4. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las enzimas de
ramificación se seleccionan del grupo constituido por las enzimas
de ramificación del glucógeno, las enzimas de ramificación del
almidón, las ciclomaltodextrina glucosil transferasas, las
transglucosidasas y cualquiera de las mezclas de estas enzimas.
5. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el almidón se
selecciona del grupo constituido por los almidones de maíz, de
patata, de trigo, de guisante, de tapioca y de arroz.
6. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque los derivados
del almidón se seleccionan del grupo constituido por los productos
de hidrólisis ácida o enzimática del almidón, e igualmente los
productos de las modificaciones químicas y físicas del almidón de
cualquier naturaleza.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| FR0115433A FR2832728B1 (fr) | 2001-11-29 | 2001-11-29 | Procede continu de modification de l'amidon et de ses derives par enzymes de branchement |
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|---|---|---|---|
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