FI56922B

FI56922B - FOERFARANDE OCH ANORDNING FOER REGLERING AV EN FOERENINGS HALT I EN LOESNING ELLER SUSPENSION

Info

Publication number: FI56922B
Application number: FI215974A
Authority: FI
Inventors: Ronald Alexander N Edwards; Peter M Cantrell; John James Miller
Original assignee: Unisearch Ltd
Priority date: 1974-07-16
Filing date: 1974-07-16
Publication date: 1980-01-31
Also published as: FI215974A; FI56922C

Description

ΓβΊ Π1Χ KUULUTUSJULKAISU r CQ5 9 Ma l J utläggnincsskrift »d*** • c /45) Patentti r;y Jnnetty 12 25 1920 £jrC7& Patent meddelat 'S (51) Kv.lk.*/lnt.CI.* A 23 0 9/14· SUOMI —Fl N LAND (*) Pat«nttlhik«mui — Patentuuökning 2159/7^ (22) HakemlapUvt — Anaöknlngadag l6.07· 7^+ (23) Alkupiivi — Glltlghettdag 16.07-7^ (41) Tullut julkiseksi — Blivlt offantlig 17.01.76ΓβΊ Π1Χ ANNOUNCEMENT r CQ5 9 Ma l J utläggnincsskrift »d *** • c / 45) Patent r; y Jnnetty 12 25 1920 £ jrC7 & Patent meddelat 'S (51) Kv.lk. * / Lnt.CI. * A 23 0 9/14 · FINLAND —Fl N LAND (*) Pat «nttlhik« mui - Patentuuökning 2159/7 ^ (22) HakemlapUvt - Anaöknlngadag l6.07 · 7 ^ + (23) Alkupiivi - Glltlghettdag 16.07-7 ^ (41) Become public - Blivlt offantlig 17.01.76

Patentti· ja rekisterihallitus .... ... ... .......Patent and Registration Office .... ... ... .......

' (44) NShtSväksIpanon ja kuul.julkalsun pvm. — n'(44) Date of NShtSväksIpanon and aud. - n

Patent- och registerstyrelsen ' Anaökan utlagd och utl.skriften publlcerad 31.01. Ö0 (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus—Begird prioritet (71) Unisearch Limited, Kensington, New South Wales, Australia-Australien(AU) (72) Ronald Alexander N. Edwards, Caringbah, New South Wales, Peter M. Cantrell, Kensington, New South Wales, John James Miller, Rosenville, New South Wales, Australia-Australien(AU) (?U) Forssen & Salomaa Oy (5U) Menetelmä ja laite yhdisteen sisällön säätämiseksi liuoksessa tai suspensiossa - Förfarande och anordning för regiering av en förenings hait i en lösning eller suspensionPatent and registration authorities Anaökan utlagd och utl.skriften publlcerad 31.01. Ö0 (32) (33) (31) Privilege claimed — Begird priority (71) Unisearch Limited, Kensington, New South Wales, Australia-Australien (AU) (72) Ronald Alexander N. Edwards, Caringbah, New South Wales, Peter M Cantrell, Kensington, New South Wales, John James Miller, Rosenville, New South Wales, Australia-Australien (AU) (? U) Forssen & Salomaa Ltd (5U) Method and apparatus for adjusting the content of a compound in solution or suspension - Förfarande och anordning för regiering av en förenings hait i en lösning eller suspension

Esillä oleva keksintö koskee menetelmää ja laitetta yhdisteen sisällön säätämiseksi liuoksessa tai suspensiossa ja tarkemmin sanottuna sellaista prosessia ja laitteistoa, jossa käytetään hyväksi liukoista entsyymiä.The present invention relates to a method and apparatus for controlling the content of a compound in solution or suspension, and more particularly to a process and apparatus utilizing a soluble enzyme.

Entsyymeille on löydetty teollisuudessa yhä lisääntyvää käyttöä kemiallisten reaktioiden edistämiseksi. Taloudellisuussyistä ja lopputuotteen epäpuhtauden välttämiseksi on tavallisesti välttämätöntä ottaa prosessissa käytetty entsyymi talteen nesteestä, jossa reaktio on tapahtunut. Entsyymin kokoamiseksi on tavallisesti käytetty kahta prosessia, joista toisessa entsyymi tehdään liukenemattomaksi kiinnittämällä se liukenemattomaan kantajaan ja toisessa entsyymi pidätetään membraa-ni-diffuusio-reaktoriin ja nesteen annetaan virrata ohi pussin. Ensimmäisen menetelmän haittana on se, että liukenemattomaksi tehty entsyymi pyrkii menettämään aktiivisuutensa melko nopeasti ajan mukana ja on myöskin havaittu, että tarvitaan myös suuria kantaja-ainepintoja ja pitkiä viipymäaikoja, jotka lisäävät prosessin kustannuksia. Toinen menetelmä, joka riippuu reaktioaineitten ja reaktiotuotteiden diffuusiosta puoliläpäisevän kalvon läpi on hidas ja vaatii suuria kalvopinta-aloja ollen siten sopimaton kaupalliseen käyttöön.Enzymes have found increasing use in industry to promote chemical reactions. For reasons of economy and to avoid impurity in the final product, it is usually necessary to recover the enzyme used in the process from the liquid in which the reaction has taken place. Two processes have commonly been used to assemble the enzyme, one of which is to render the enzyme insoluble by attaching it to an insoluble support and the other to retain the enzyme in a membrane diffusion reactor and allow the liquid to flow past the bag. The disadvantage of the first method is that the insoluble enzyme tends to lose its activity fairly quickly over time, and it has also been found that large carrier surfaces and long residence times are also required, which increases the cost of the process. Another method that depends on the diffusion of reactants and reaction products through a semipermeable membrane is slow and requires large film areas, thus being unsuitable for commercial use.

2 569222 56922

Esillä olevan keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että kaikki aineet, joiden molekyylikoko on suurempi kuin entsyymin molekyylikoko, suodatetaan liuoksesta käyttäen ensimmäistä suodatinta, että entsyymi lisätään ensimmäiseen suodokseen halutun entsymaattisen muutoksen aikaansaamiseksi yhdisteessä, että entsyymi suodatetaan liuoksesta toisella suodattimena ja että toinen suodos lisätään aineisiin, jotka suodatettiin pois ensimmäisen suodattimen avulla, sekä että entsyymi, joka suodatetaan liuoksesta toisen suodattimen avulla, mahdollisesti palautetaan takaisin ensimmäisestä suodattimesta saatuun tuoreeseen suodokseen.The method of the present invention is essentially characterized in that all substances having a molecular size greater than the molecular size of the enzyme are filtered from the solution using a first filter, the enzyme is added to the first filtrate to effect the desired enzymatic change in the compound, to the substances which were filtered off by means of the first filter, and that the enzyme which is filtered from the solution by means of the second filter is optionally returned to the fresh filtrate obtained from the first filter.

Esillä olevan keksinnön mukainen laite on pääasiallisesti tunnettu ensimmäisestä suodattimesta, jonka huokoskoko on pienempi kuin entsyymin molekyylikoko, reaktio-astista yhdisteen entsymaattiseksi muuttamiseksi, toisesta suodattimesta, jonka huokoskoko on pienempi kuin entsyymin molekyylikoko, sekä laitteista, jotka yhdistävät toisesta suodattimesta saadun suodoksen ensimmäisestä suodattimesta suodattamalla poistettuihin aineisiin.The apparatus of the present invention is mainly characterized by a first filter having a pore size smaller than the molecular size of the enzyme, a reaction vessel for enzymatic conversion of the compound, a second filter having a pore size smaller than the molecular size of the enzyme, and devices for combining the filtrate from the second filter. substances.

Esillä oleva keksintö on erityisen sopiva maidossa olevan laktoosin hydrolyy-siin, mutta kuitenkin sitä voidaan käyttää lukuisissa muissa systeemeissä kuten glukoosipitoisuuden säätämiseksi munanvalkuaisessa käyttäen glukoosioksidaasia tai limoniinin poistamiseksi sitruunamehuista käyttäen limoninaasia.The present invention is particularly suitable for the hydrolysis of lactose in milk, however, it can be used in a number of other systems such as controlling glucose in egg white using glucose oxidase or removing limonine from lemon juice using limoninase.

On suositeltavaa, että entsymaattinen materiaali palautetaan takaisin toisesta suodattimesta reaktoriin jatkuvan liuosvirtauksen ylläpitämiseksi laitteesta. Reaktori voi olla tulppavirtaustyyppinen, vaikka muitakin reaktorityyppejä, erikoisesti jatkuvia reaktoreita kuten takaisinsekoitusreaktoreita voidaan käyttää.It is recommended that the enzymatic material be returned from the second filter to the reactor to maintain a continuous flow of solution from the apparatus. The reactor may be of the plug flow type, although other types of reactors, especially continuous reactors such as back-mixing reactors, may be used.

On merkillepantavaa, että jos molempien suodattimien huokoskoko on sama tai jos toisen suodattimen huokoskoko on suurempi kuin ensimmäisen, nesteen loppukoostu-mus tulee olemaan sama kuin alkuperäinen koostumus lukuunottamatta kantajayhdis-teen entsymaattista konversiota. Tätä prosessia voidaan siten käyttää aikaansaamaan spesifisten aineiden taloudellinen konversio heterogeenisessä liuoksessa tai suspensiossa edellyttäen, että aine voidaan entsymaattisesti muuttaa entsyymillä, jonka molekyylikoko on suurempi kuin aineen molykyylikoko. Prosessilla on erityisesti käyttöä silloin kun halutaan poistaa liuoksesta yhdiste, muu kuin kantajayhdis-te, jonka entsyymi voisi myös muuttaa tai joka voisi deaktivoida entsyymin. On havaittu, että suurempien hiukkasten tai molekyylien poisto liuoksesta ennen kantaja-aineen ^ntsymaattista konversiota lisää entsyymin osoittamaa aktiivisuutta.It will be appreciated that if the pore size of both filters is the same or if the pore size of the second filter is larger than that of the first, the final composition of the liquid will be the same as the original composition except for the enzymatic conversion of the carrier compound. This process can thus be used to effect the economic conversion of specific substances in a heterogeneous solution or suspension, provided that the substance can be enzymatically modified by an enzyme having a molecular size larger than the molecular size of the substance. The process is particularly useful when it is desired to remove a compound from solution, other than a carrier compound, which could also be altered by the enzyme or which could deactivate the enzyme. It has been found that the removal of larger particles or molecules from solution prior to enzymatic conversion of the carrier increases the activity shown by the enzyme.

Haluttaessa entsyymi voidaan kiinnittää liukoiseen kantajaan sen molekyylikoon 3 56922 ja siten nopeuden lisäämiseksi, jolla reaktioliuos voidaan suodattaa. Tässä selityksessä käytettynä termi "entsyymin molekyylikoko" tarkoittaa keskimääräistä molekyylikokoa, joka on entsyymillä itsellään yhdessä minkä tahansa liukoisen kantajan kanssa, johon se voi olla kiinnitettynä.If desired, the enzyme can be attached to a soluble carrier for its molecular size 3,56922 and thus to increase the rate at which the reaction solution can be filtered. As used herein, the term "molecular size of an enzyme" means the average molecular size of the enzyme itself, together with any soluble carrier to which it may be attached.

Seuraavassa keksintöä kuvataan suositeltavien esimerkkien avulla viitaten oheiseen esillä olevan keksinnön mukaisen laitteiston kaaviolliseen kuvioon.The invention will now be described, by way of preferred examples, with reference to the accompanying schematic diagram of an apparatus according to the present invention.

Laiten kuoritun maidon laktoosipitoisuuden säätämiseksi käyttäen /S-galaktosidaasia käsittää syöttötankin 10, ultrasuodattimet 11 ja 12 ja entsyymireaktorin 13.The device for controlling the lactose content of skimmed milk using β-galactosidase comprises a feed tank 10, ultrafilters 11 and 12 and an enzyme reactor 13.

Kuorittua maitoa syötetään ajoittain syöttötankkiin 10 johdon 14 kautta ja syötetään jatkuvasti ulos pitkin johtoa 15 pumpun 16 kautta ensimmäiseen ultrasuodat-timeen 11.The skimmed milk is periodically fed to the feed tank 10 via line 14 and continuously fed out along line 15 through pump 16 to the first ultrafilter 11.

Ultrasuodattimen 11 läpi kulkeva maito erotetaan suodokseksi, joka käsittää sellaisten molekyylien liuoksen, joiden molekyylikoko on pienempi kuin entsyymin molekyylikoko, sekä tiivisteeksi, joka sisältää suurempikokoiset molekyylit. Käytännössä on havaittu sopivaksi operoida ultrasuodatinta olosuhteissa, joissa 90 % kuoritusta maidosta käsittää suodoksen ja 10 % erotetaan tiivisteeseen.The milk passing through the ultrafilter 11 is separated into a filtrate comprising a solution of molecules with a molecular size smaller than the molecular size of the enzyme and a concentrate containing larger molecules. In practice, it has been found suitable to operate the ultrafilter under conditions in which 90% of the skimmed milk comprises the filtrate and 10% is separated into a concentrate.

Suodos johdetaan johtoa 17 pitkin entsyymireaktoriin 13, kun taas tiiviste johdetaan suoraan johdon 18 kautta sekoittimeen 19 yhdistettäväksi entsyymikäsitellyn suodoksen kanssa.The filtrate is passed via line 17 to the enzyme reactor 13, while the concentrate is passed directly via line 18 to a mixer 19 for connection with the enzyme-treated filtrate.

Laitteiston käynnistämisen helpottamiseksi paljuujohto 21 ja pumppu 22 on varattu maitotiivisteen takaisin kierrättämiseksi ultrasuodattimen 11 kautta.To facilitate starting of the equipment, the multi-line 21 and the pump 22 are provided for recirculating the milk concentrate through the ultrafilter 11.

Johto 17 vie suodoksen ultrasuodattimesta 11 entsyymireaktoriin 13, joka on varustettu sekoittimella 23. Entsyymi /3-galaktosidaasi lisätään suodokseen ja se muuttaa laktoosin maitosuodoksessa glukoosiksi ja galaktoosiksi. On havaittu, että 90 %:n konversioaste on saavutettavissa lyhyellä viipymäajalla reaktorissa.Line 17 feeds the filtrate from the ultrafilter 11 to an enzyme reactor 13 equipped with a stirrer 23. The enzyme β-galactosidase is added to the filtrate and converts lactose in the milk filtrate to glucose and galactose. It has been found that a conversion rate of 90% can be achieved with a short residence time in the reactor.

Ultrasuodatin 12 erottaa reagoineen maidon suodokseksi, joka sisältää reagoineen maidon aineosat, ja tiivisteeksi, joka sisältää entsyymin. Suodos johdetaan johdon 27 kautta sekoittimeen 19 yhdistettäväksi ensimmäisessä ultrasuodattimessa 11 tuotetun maitotiivisteen kanssa. Entsyymit!iviste toisesta ultrasuodattimesta 12 palautetaan entsyymireaktoriin 13 johdon 28 kautta. Takaisinkierrätysjohto 29 ja pumppu 30 on myös käytettävissä.The ultrafilter 12 separates the reacted milk into a filtrate containing the reacted milk ingredients and a concentrate containing the enzyme. The filtrate is passed via line 27 to a mixer 19 for connection to the condensed milk produced in the first ultrafilter 11. The enzyme extract from the second ultrafilter 12 is returned to the enzyme reactor 13 via line 28. Recirculation line 29 and pump 30 are also available.

4 569224,56922

Laktoosipitoisuuden suhteen säädetty maito sisälsi 19 % alkuperäisestä laktoosi-pitoisuudestaan. Jäännöslaktoosipitoisuus voidaan säätää prosessissa vaihdellen ensimmäisessä suodattimessa saavutettavaa erotusastetta tai säätämällä suodok-sen hydrolyysiastetta entsyymireaktorissa.The milk adjusted for lactose content contained 19% of its initial lactose content. The residual lactose content can be adjusted in the process by varying the degree of separation achieved in the first filter or by adjusting the degree of hydrolysis of the filtrate in the enzyme reactor.

Haluttaessa paluujohto 21 voi sisältää varastotankin, niin että kantaja-ainetta voidaan käsitellä suuren tilavuuden omaavissa erissä. Tällä menettelytavalla on se etu, verrattuna jatkuvaan prosessiin, että suodatin voi toimia tehokkaammin alhaisemmilla proteiinitasoilla. Jos suodatinta käytetään jatkuvana suodattimena maidolle tankista 10 se tulee aina toimimaan maksimaalisilla proteiinitasoilla lyhyen alkujakson jälkeen. Jos suodatinta käytetään panoksittain sitä käytetään vain lyhyen jakson maksimaalisella proteiinipitoisuudella pitemmän ja tehokkaamman keräytymisjakson jälkeen.If desired, the return line 21 may include a storage tank so that the carrier can be handled in large volume batches. This approach has the advantage over the continuous process that the filter can operate more efficiently at lower protein levels. If the filter is used as a continuous filter for milk from tank 10, it will always operate at maximum protein levels after a short initial period. If the filter is used in batches, it will only be used for a short period of time with the maximum protein content after a longer and more efficient accumulation period.

Toisessa vaihtoehtoisessa menettelytavassa suodosta johdosta 27 tai vettä voidaan takaisinkierrättää varastotankkiin 10 ja koko laitteistoa voidaan operoida panoksittain alhaisemman laktoositason saavuttamiseksi lopputuotteessa.In another alternative procedure, the filtrate from line 27 or water can be recycled to storage tank 10 and the entire equipment can be operated in batches to achieve a lower level of lactose in the final product.

Laitteisto voi sisältää joukon mikrosuodattimia sarjassa ensimmäisen ja/tai toisen vaiheen suodatuksen tehostamiseksi.The apparatus may include a set of microfilters in series to enhance first and / or second stage filtration.

Maitoa, jonka laktoosipitoisuus on säädetty, voivat nauttia henkilöt, jotka eivät kykene käyttämään hyväksi laktoosia, mikä on tavallista laajoilla alueilla Aasiassa ja Keski-idässä. Säädetyllä maidolla on huomattavaa käyttöä ruoanvalmistuksessa, sillä esimerkiksi laktoosi pyrkii saostumaan jäädytetyistä meijerituotteista kuten jäätelöstä ja keksinnön mukaisesti käsitellyn maidon käyttö lievittää tätä probleemaa samoin vähentäen ruokosokerin määrää, joka on lisättävä tuotteeseen johtuen glukoosin ja galaktoosin suuremmasta makeuttamiskyvystä verrattuna alkuperäiseen laktoosiin. Leivotuilla tuotteilla kuten pullilla ja kaskuilla on paremmat ruskistumisominaisuudet valmistettaessa laktoosisäädetystä maidosta.Milk with a regulated lactose content can be consumed by people who are unable to utilize lactose, which is common in large areas of Asia and the Middle East. Regulated milk has considerable use in cooking because, for example, lactose tends to precipitate from frozen dairy products such as ice cream, and the use of milk treated in accordance with the invention alleviates this problem by reducing the amount of cane sugar added to the product due to higher glucose and galactose sweetening properties. Baked products such as buns and casks have better browning properties when made from lactose-regulated milk.

Edellä kuvattua laitteistoa voidaan käyttää muidenkin prosessien suorittamiseksi esillä olevan keksinnön mukaisesti.The apparatus described above can be used to perform other processes in accordance with the present invention.

Esimerkki 1Example 1

Munanvalkuaisen glukoosipitoisuuden säätäminenAdjusting egg white glucose

Munanvalkuainen sisältää normaalisti noin 0,5 % glukoosia. Kun munanvalkuainen kui- 5 56922 vataan alhaiseen kosteuspitoisuuteen, glukoosi reagoi aminoryhmien kanssa, joita tuottavat valkuaisen pääaineosa proteiinit, muodostaen tumnanvärisiä polymeerejä, jotka huonontavat valkuaisen ulkonäköä, liukoisuutta ja funktionaalisia ominaisuuksia käytettäessä sitä keittotarkoituksiin.Egg white normally contains about 0.5% glucose. When egg white is dried to a low moisture content, glucose reacts with the amino groups produced by the main protein components of the protein to form dark colored polymers that degrade the appearance, solubility and functional properties of the protein when used for cooking purposes.

Tavanomaista on poistaa glukoosi munanvalkuaisesta ennen kuivausta. Tämä voidaan aikaansaada esillä olevalla prosessilla käyttäen glukoosi-oksidaasia entsyyminä, ja suodattimia, joiden huokoskoko on sellainen, että ne pidättävät glukoosi-oksidaasia. Tässä tapauksessa on välttämätöntä laimentaa valkuainen vedellä ennen syöttämistä ensimmäiseen suodattimeen koska valkuaisen viskositeetti on korkea ja estää virtausta systeemin läpi. Haluttaessa suodos toisesta suodattimesta voidaan takaisinkierrättää lisättäväksi munanvalkuaiseen sensijaan että vikosi-teetin vähentämiseksi lisättäisiin vettä, jolloin tällä takaisinkierrätyksellä on se etu, että systeemin läpi kulkevan materiaalin määrä vähenee ja muiden aineosien kuin glukoosin taso pidetään vakiona.It is common to remove glucose from egg white before drying. This can be accomplished by the present process using glucose oxidase as the enzyme, and filters having a pore size such that they retain glucose oxidase. In this case, it is necessary to dilute the protein with water before feeding it to the first filter because the viscosity of the protein is high and prevents flow through the system. If desired, the filtrate from the second filter can be recycled for addition to the egg white instead of adding water to reduce viscosity, this recycle having the advantage of reducing the amount of material passing through the system and keeping the level of non-glucose components constant.

Esimerkki 2Example 2

Glukoosin poistaminen veriplasmasta ennen kuivaustaRemoval of glucose from blood plasma before drying

Veriplasma syötetään ensimmäiseen suodattimeen, jossa glukoosi-oksidaasia suuremmat molekyylit poistetaan. Jäännösseerumi kulkee suodattimen läpi ja siihen sisältyvä glukoosi muuttuu glukonihapoksi glukoosi-oksidaasientsyymin vaikutuksesta.Plasma is fed to a first filter where molecules larger than glucose oxidase are removed. The residual serum passes through the filter and the glucose contained in it is converted to gluconic acid by the enzyme glucose oxidase.

Syyt glukoosin poistamiseen veriplasmasta ovat samanlaisia kuin esimerkissä 1 esitetyt syyt, nimittäin jos kuivattua veriplasmaa on tarkoitus käyttää ravintona ja mikrobiologisena väliaineena se läpikäy "ruskettumisreaktion", jos glukoosin ja aminoryhmien annetaan vaikuttaa toisiinsa värillisten polymeerien muodostamiseksi.The reasons for removing glucose from blood plasma are similar to those given in Example 1, namely, if dried plasma is to be used as food and as a microbiological medium, it undergoes a "tanning reaction" if glucose and amino groups are allowed to interact to form colored polymers.

Esimerkki 3Example 3

Karvaan aineosan poistaminen appelsiinimehustaRemoval of bitter ingredient from orange juice

Appelsiinimehu, joka on karvasta, sisältää limoniinimaterialia, joka voidaan hajoittaa ja tehdä ei-karvaaksi entsyymilimoninaasilla.Orange juice, which is hairy, contains limonine material that can be broken down and rendered non-hairy by the enzyme limoninase.

Appelsiinimehu syötetään ensimmäiseen suodattimeen, missä liukenemattomat kiintoaineet ja liukoinen materiaali, jonka molekyylikoko on suurempi kuin limoninaa- )Orange juice is fed to the first filter, where insoluble solids and a soluble material with a molecular size larger than limonine)

Claims

6 56922 bridge, is deleted. The enzyme limoninase acts on the limonine between the two filters. It is not clear what constitutes the degradation products of limonine, however, it has been found that they are smaller than limonine and are not hairy. «

A method for controlling the content of an enzymatically modifiable compound in a solution using a soluble enzyme having a molecular size larger than the compound to be modified, the method comprising the step of separating the enzyme from the solution after a desired reaction, characterized in that all substances larger than the molecular size using the first filter, that the enzyme is added to the first filtrate to effect the desired enzymatic change in the compound, that the enzyme is filtered from the solution as a second filter and that the second filtrate is added to the substances filtered off by the first filter, and that the enzyme is filtered back from the solution. to the fresh filtrate obtained from the filter.

Apparatus for carrying out the method of claim 1 for adjusting the content of a compound in solution or suspension by a soluble enzyme having a molecular size greater than said compound, characterized by a first filter (11) having a pore size smaller than the molecular size of the enzyme from the reaction vessel (13) a filter (12) having a pore size smaller than the molecular size of the enzyme, and devices (19) for combining the filtrate from the second filter (12) with the substances removed by filtration from the first filter (11).