FI100026B

FI100026B - Menetelmä hiilihydraattiperäisen vesiliuoksen käsittelemiseksi

Info

Publication number: FI100026B
Application number: FI903329A
Authority: FI
Inventors: Robert H M Stouffs; Francois R D Deleyn
Original assignee: Cerestar Holding Bv
Priority date: 1989-07-04
Filing date: 1990-07-02
Publication date: 1997-08-29
Also published as: GB8915299D0; DE69013241D1; EP0407058B1; ATE112805T1; DE69013241T2; DK0407058T3; ES2060952T3; EP0407058A1; FI903329A0

Description

100026

Menetelmä hiilihydraattiperäisen vesiliuoksen käsittelemiseksi

Esillä oleva keksintö koskee menetelmää hiilihyd-5 raattiperäisten vesiliuosten käsittelemiseksi suodatetta- vuuden parantamiseksi, jotka liuokset sisältävät fosfoli-pidiä ja kiintoainesta ja joita käsitellään ennen suodatusta fosfolipaasilla.

EP-hakemusjulkaisussa 219 269 kuvataan menetelmä 10 hiilihydraattiperäisen vesiliuoksen, erityisesti vehnä- tärkkelyshydrolysaatin käsittelemiseksi, joka on hankala suodattaa ja/tai joka muodostaa samean suodoksen. Vesi-liuos sisältää fosfolipidiä ja suodatusta ja suodoksen laatua voidaan parantaa käsittelemällä liuosta ennen suo-15 datusta fosfolipaasientyymiä sisältävällä entsyymikoostu- muksella. Käytettävä entsyymikoostumus voi sisältää ksy-lanaasi- ja beeta-glukanaasientsyymejä, jolloin fosfoli-paasientsyymin määrän ja ksylanaatti- ja beeta-glukanaa-sientsyymin yhteisen määrän suhde on vähintään 0,05:1, ·.* * 20 edullisesti vähintään 1:1, edullisemmin vähintään 5:1 ja "·/·· erityisesti vähintään 10:1.

i EP 219 269 kuvaa sopivien entsyymikoostumusten val- mistusta käytettäviksi hiilihydraattiliuosten käsittelyssä • · ja esittää esimerkkinä käsittelymenetelmän, jossa vehnä-.·;*. 25 tärkkelyshydrolysaattia ja entsyymiä inkuboidaan ennen * t · suodatusta. Joskin tämä menetelmä toimii menestyksellises- .. ti ja on osoitettu, että se nopeuttaa suodatusta ja syntyy • · kirkkaampi suodos, kokonaismenetelmän kustannukset ovat • · · kasvaneet. Kasvu johtuu entsyymikustannuksista ja laitok- •••30 sen käyttöajasta, joka tarvitaan entsymaattisessa inku- • « · · ,·**: boinnissa. Esillä oleva keksintö tarjoaa keinon entsyymin • · · * . käyttämiseksi taloudellisemmin, mikä merkitsee käsittely- kustannusten pienenemistä.

'···' Keksinnön kohteena on menetelmä hiilihydraattipe- 35 räisen vesiliuoksen käsittelemiseksi fosfolipaasientsyy- 2 100026 millä ennen suodatusta, joka vesiliuos sisältää fosfoli-pidiä ja vaikeasti suodatettavaa kiintoainesta. Menetelmälle on tunnusomaista, että fosfolipaasientsyymi immobi-lisoidaan kiinteän kantajan hiukkasille ja/tai hiukkasiin 5 ja entsyymiä kantavia hiukkasia sekoitetaan kosketuksessa vesiliuoksen kanssa.

Immobilisoitujen entsyymien käyttö on yleisesti ottaen tunnettua ja niitä käytetään tärkkelysteollisuudessa erityisesti jatkuvatoimisissa prosesseissa, joissa syötet-10 tävää tärkkelystä voidaan käsitellä sopivalle kantajalle immobilisoidulla alfa-amylaasilla, beeta-amylaasilla tai glukoamylaasilla. Mutta on merkille pantavaa, että nämä tekniikan tason mukaiset käsittelyt koskevat homogeeneja nestevirtauksia, jotka virtaavat, tavallisesti painovoiman 15 vaikutuksesta, kantajahiukkasia sisältävien, liikkumatto mien kerrosten tai pylväiden läpi, jolloin entsyymi on im-mobilisoitu jäännöksettömästi kantajalle. Mutta käsiteltävänä olevan keksinnön mukaiset hiilihydraattiperäiset vesiliuokset sisältävät vaikeasti suodatettavaa, suspendoi-·/ ' 20 tunutta kiintoainesta (tavallisesti proteiini- ja rasva- ainesta) ja käytettäessä niitä tavanomaisissa immobi-lisoitua entsyymiä sisältävissä pylväissä tämä kiintoaine saostuu entsyyminkantajalle ja heikentää entsyymin vaiku-tusta ja tukkii kantajan hiukkasten väliset tilat. Seu- /t25 rauksena on paineen alenemisen kasvu kerroksessa tai pyi- • · « väässä, mikä mahdollisesti johtaa virtauksen epätasaiseen jakautumiseen tai virtauksen täydelliseen pysähtymiseen.

; '* On kuitenkin havaittu, että hiilihydraattivesiliuoksen « « * kiintoainepitoisuudesta huolimatta fosfolipaasi, joka on • ••30 immobilisoitu kiinteälle kantajalla ja/tai kantajaan, toi- • * · « j·**. mii jatkuvasti tehokkaasti edellyttäen, että tuettua ent- • · · • syymiä sekoitetaan kosketuksessa liuoksen kanssa, jolloin tällainen toiminta lisää käsitellyn liuoksen tilavuutta entsyymiyksikköä kohti ja lyhentää huomattavasti käsitte-35 lyaikoja esim. jopa n. 12 minuutilla.

B I i i UH III M II M

3 100026

Kantajana, jota käytetään esillä olevan keksinnön menetelmässä fosfolipaasin immobilisoimiseksi, voi olla anioninvaihtohartsi, kationinvaihtohartsi tai ionoitumaton makrohuokoinen polymeeri. Kolmesta tyypistä jälkimmäinen ' 5 on vähiten edullinen, koska kokemuksen mukaan sähköisesti varattu kantaja kiinnittää entsyymin lujemmin, jolloin on vähemmän todennäköistä, että entsyymi eluoituu alustasta käytön aikana. On myös eduksi käyttää entsyymin kantajana anioninvaihtimia kationinvaihtimien asemasta, koska anio-10 ninvaihtimet absorboivat suhteellisesti ottaen enemmän entsyymiä. Entsyymien sopivimpia kantajia ovat heikot anioninvaihtimet, jotka voidaan valmistaa polystyreeni-tai fenoli-formaldehydihartseista, ja näistä jälkimmäiset ovat edullisia.

15 Immobilisoitua fosfolipaasia kantavia hiukkasia sekoitetaan kosketuksessa hiilihydraattiperäisen vesi-liuoksen kanssa. Sekoitus voidaan suorittaa sekoituslait-teella kuten lapasekoittimella, mutta on havaittu, että menetelmä on toteutettavissa tehokkaasti käyttämällä ve-. : : 20 siliuoksen ylöspäinvirtausta, jolloin kantajan hiukkaset ·' saadaan "leijuviksi". Toimimalla tällä tavoin kantajan hiukkaset ovat lyhyessä, riittävällä ylätilalla varuste-tussa pylväässä tai kerroksessa siten, että kantajan ras- kaammat hiukkaset putoavat takaisin pylvääseen tai kerrok- 25 seen ja kevyempi rasva- ja/tai proteiiniaines poistuu ve- i : : * siliuoksen mukana. Suurimmalla osalla alustan hiukkasista halkaisija on edullisesti 300 - 800 μπΐ, edullisemmin 400 « · ·’ ” - 550 μπκ "Leijutetun" toiminnan etuina ovat toiminnan V · jatkuvatoimisuus panoksittaisen toiminnan asemasta, mah- .:.30 dollisuus käsitellä määrätyllä entsyymimäärällä suurta ···, liuostilavuutta ja määrätyn liuostilavuuden lyhyempi vii- I · ’·’ pymisaika kosketuksessa fosfolipaasin kanssa verrattuna

» I ... I

' ' panosmenetelmään, joka on kuvattu julkaisussa EP 219 269 '·...· (6 - 12 minuuttia verrattuna 10 - 12 tuntiin) . Laitoksen 35 parantuneen tuotantomäärän ohella jälkimmäinen etu on eri- 4 100026 tyisen tärkeä, kun vesiliuos sisältää tarkkelysmaltodekst-riinejä, jotka pyrkivät hajoamaan fosfolipaasikäsittelyn lämpötilassa.

Esillä olevan keksinnön mukaista menetelmää voidaan 5 käyttää sovellutuksissa, jotka kuvataan julkaisussa EP 219 269 ja samoissa pH- ja lämpötilaolosuhteissa. Niinpä menetelmä on erityisen käyttökelpoinen prosessoitaessa erilaisia tärkkelyksestä johdettuja tuotteita, erityisesti vehnätärkkelyshydrolysaatteja, kuten maltodekstriinejä 10 ja maltoosisiirappeja, ja käyttölämpötilana voi olla 20 - 110 °C, edullisesti 50 - 100 °C, edullisemmin 40 - 70 °C. pH voi olla kahdeksaan saakka, erityisesti alueella 3,5 - 6,5. Kantajalle ja/tai kantajaan immobilisoidut fosfoli-paasit ovat myös edullisesti samoja, jotka on kuvattu jul-15 kaisussa EP 219 269. On esim. eduksi, että tuetun fosfoli- paasin valmistuksessa käytetyt entsyymikoostumukset sisältävät vähintään 5000 fosfolipaasiyksikköä per gramma ko-konaisproteiinia, edullisesti 15 000 yksikköä per gramma, edullisemmin 50 000 yksikköä per gramma ja erityisesti 20 100 000 yksikköä per gramma. Fosfolipaasi on sopivasti peräisin mikrobeista ja sillä on edullisesti Lx-, L2-ja/tai C-aktiivisuus.

Keksintöä selvennetään nyt viittaamalla seuraaviin · esimerkkeihin.

i ; ::: 25 Esimerkki 1 J · · -- * Vesiliuosta, jossa oli kaupallista fosfolipaasia G-ZYME G-999 ("G-ZYME" on tavaramerkki), sekoitettiin pie- • · : ** neliä nopeudella viisi tuntia erillisten veteen suspendoi- • · · * tujen kantajien kanssa ympäristön lämpötilassa. Entsyymin .:.30 määrä oli 3,3 mg per ml kantajaa. Sitten kantaja plus ent- ···, syymi pestiin demineralisoidulla vedellä liukoisen prote- *!* iinin ja entsyymin poistamiseksi. Sitten määritettiin kan- tajaan kiinnittyneen proteiinin (entsyymin) määrä. Saatiin seuraavat tulokset: 35 5 100026

Hartsi Immobilisoitu proteiini (mg proteiinia per 1 ml _kantaj aa)_

Heikosti anioninen polystyreeni 1,1 5 Ionoitumaton fenoli-formaldehydihartsi 1,9

Heikosti anioninen polystyreeni 1,4

Heikosti ioninen fenoli-formaldehydi 1,4

Heikosti ioninen polystyreeni 1,4 10 Vahvasti kationinen polystyreeni 0,3

Heikosti ioninen polystyreeni 1,3

Esimerkki 2

Kaksisataa millilitraa hiukkasmuotoista, heikosti 15 anionista fenoli-formaldehydihartsia DUOLITE A568 (DUOLITE

on tavaramerkki) pestiin demineralisoidulla vedellä ja säädettiin pH-arvoon 5 natriumasetaatti-etikkahappopusku-rilla (0,5 M). Useimpien hiukkasten koko oli 300 - 800 pm.

Sitten G-ZYME G-999:n ja DUOLITE A568:n vesiliuos- : 20 ta, jossa oli 3,3 mg entsyymiä per 1 ml DUOLITE A568:aa, sekoitettiin viisi tuntia ympäristön lämpötilassa. Tämän jälkeen jäljelle jäänyt liukeneva proteiini ja entsyymi poistettiin kantajasta pesemällä neljällä litralla de- ' mineralisoitua vettä. Proteiinimäärityksen mukaan 1,4 mg ... 25 proteiinia oli immobilisoitunut per 1 ml kantajaa, t : : * Tuettu entsyymi syötettiin lasipylvääseen siten, että saatiin kerros, jonka halkaisija oli 5 cm ja paksuus ; ’* 10 cm. Pylväs oli varustettu välineillä vesiliuoksen syöt- • C .· : tämiseksi pylvään alaosaan ja pylvään yläpäässä oli 400 .:.30 ml:n vapaa tila katalyyttikerroksen yläpuolella.

• · * · j···. - Pylvääseen syötettävänä vesiliuoksena oli kirkasta- ’·* maton vehnätärkkelyshydrolysaatti, jonka hydrolysoitumis- aste oli 18 DE.. Liuoksen kuiva-ainepitoisuus oli 35 % ja sen pH oli 4,8. Sen lämpötila pylväässä oli 50 °C.

35 Keksinnön mukaisella menetelmällä aikaansaatavan käsittelyn tehokkuus arvioitiin määrittämällä liukoisten 6 100026 rasvahappojen ja liukoisen lysolesitiinin pitoisuus käsitellyssä tuotteessa ja sen suodattumisnopeus simuloidussa teollisessa esipäällystysrumpusuodattimessa (tulokset ilmaistu litroina suodosta suodattimen neliömetriä ja tuntia 5 kohti) . Fosfolipaasikäsittelyn tehtävänä on vähentää substraatin lysolesitiinipitoisuutta ja lisätä vapaiden rasvahappojen konsentraatiota, jotka ovat lysolesitiinin hydrolyysissä syntyvä tuote. Liuokset, joiden lysole-sitiinipitoisuus on pieni, suodattuvat paremmin kuin li-10 uokset, joissa pitoisuus on suurempi.

Substraattia syötettiin jatkuvasti pylvään alaosaan aluksi nopeudella kymmenen kerrostilavuutta per tunti nopeuden laskiessa viiteen kerrostilavuuteen per tunti. Ylöspäin virtaava substraatti teki pylväässä olevan kan-15 tajan hiukkaset "leijuviksi" ja substraatti poistettiin pylvään yläosasta kantajahiukkasten pysyessä pylväässä. Pylvästä käytettiin tällä tavoin jatkuvatoimisena useita päiviä ilman mitään osoitusta siitä, että nestesyötteen sisältämä kiintoaines olisi tukkinut pylvään tai huonon-20 tanut tuetun entsyymin aktiivisuutta. Saatiin seuraavat , tulokset:

Vrk Virtausnopeus Suodatus- Liukoisen lyso- Liukoisia (kerrostila- nopeus lesitiinin pit. rasvahappoja 25 vuutta litraa/m2/ g/kg kuiva- g/kg kuiva- per tunti) tunti ainetta ainetta V : 1"~~0 Γ44 ΓΓ7 374 6 10 295 0,5 4,7 7 10 - 0,7 6,2 :'· ;30 8 10 164 0, 9 5,1 9 7 213 1,4 4,4 « 1 · 10 5 - 0, 8 3,8 • · · ' ' : 11 5 - 0,2 8,9 12 5 306 0,3 7,2 :''' ;3 5 13 5 - 0, 4 5,1 Käsittelemätön liuos 7 100026

Kun samaa liuosta käsiteltiin menetelmän avulla, joka on kuvattu julkaisussa EP 219 269, suodatusnopeuden arvo oli 365, lysolesitiinin 0,1 ja liukoisten rasvahappojen 4,7.

5 : • « « · » · · • · · * » « » * · · • · · · • · * i :

Claims

100026

1. Menetelmä hiilihydraattiperäisen vesiliuoksen käsittelemiseksi fosfolipaasientsyymillä ennen suodatusta, 5 joka vesiliuos sisältää fosfolipidiä ja vaikeasti suoda tettavaa kiintoainesta, tunnettu siitä, että fos-folipaasientsyymi immobilisoidaan kiinteän kantajan hiukkasille ja/tai hiukkasiin ja entsyymiä kantavia hiukkasia sekoitetaan kosketuksessa vesiliuoksen kanssa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että kiinteä kantaja on anioninvaihdin.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että anioninvaihdin on polystyreeni- tai fenoli-formaldehydihartsi.

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukai nen menetelmä, tunnettu siitä, että entsyymiä kantavia hiukkasia sekoitetaan vesiliuoksen ylöspäinvirtauk-sella hiukkasia sisältävän pylvään tai kerroksen läpi.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukai- 20 nen menetelmä, tunnettu siitä, että suurimmalla osalla kiinteän kantajan muodostavista hiukkasista halkaisija on 300 - 800 μπ\.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vesiliuoksen 25 viipymisaika menetelmässä on n. 12 minuuttiin saakka. ! · * i « t

* 7. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpötila on • · : ·' 40 - 70 °c. « ' V

· 8. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukai- ,,.30 nen menetelmä, tunnettu siitä, että pH on alueella • · » · . 3,5 -- 6,5. I I

*·* 9. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukai nen menetelmä, tunnettu siitä, että vesiliuos on peräisin vehnätärkkelyksestä. 35 100026

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vesiliuos on maltodekstriinin tai maltoosisiirapin liuos. f · * « · « • « • * · r 4 « » • · < * · * » »*r • •»I * * · t : • · · 100026