FI58942B - Foerfarande foer att framstaella konverterade sockerprodukter - Google Patents

Description

ΓΓΤΐΙ'·'-! Γβ1 KU U LUTUSJ U LKAISU c ö ^ Α _ 4&Α ^ UTLÄGGNINGSSKRIFT 5 8 9 4 2 C Fater. + ti EySnnetty Π 05 1981 ^7 Patent rnr.idelat ^ τ ^ (51) Kv.ik.3/inta.3 C 12 P 19/1^ SUOM I—FI N LAND (21) iwttmi«wmu.-h««»tii»efcnfc.* 3925/73 (22) H»kuml*ptivf — An*öknlnj»d»g 19*12.73 ^ ^ (23) AlkupUvl—Glltl|h«udt| 19*12.73 (41) Tullut |ulklMk»l — Bllvlt offundlg 20.06.75 r.klrterih.llltu. (44) NlhtfcriUulpunon I» kuul.|ulluU«in pvm. — ^ Q.

Patent· och ragictantyralaan ' 7 Ameion utitgd och uti.tkriftun pubitcmd ju. ux. ox (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus—Begird prloritet (71) A.E. Staley Manufacturing Company, Deleware, Decatur, Illinois, USA(US) (72) Roy Fred Larson, Decatur, Illinois, Almerin Willard Turner, Hamshire,

Illinois, USA(US) (7*+) Oy Heinänen Ab (5I+) Menetelmä konvertoitujen sokeri tuotteiden valmistamiseksi -Förfarande för att framställa konverterade sockerprodukter Tämän keksinnön kohteena on menetelmä konvertoitujen sokerituottei-den valmistamiseksi, jotka ovat olennaisesti vapaita uudelleenkitey-tyneestä tärkkelyksestä, jossa menetelmässä suoritetaan tärkkelys-lietteen osittainen hydrolysointi sekä syntyneen tärkkelyksen osit-tai shy drolysaati n oheneminen o<-amy]aa silla siten, että käytetään enintään 40 yksikköä <=< -amylaasia kutakin 10 g:a tärkkelys hydroly-saatin kiinteitä aineosia kohti..

Ennen tärkkelyksen vesilietteen konvertointia siirapiksi sakkarointi-entsyymillä on tapana gelatinisoida ja ohentaa tärkkelysliete. Tärkke lys 1 i e tteen gelatinisointi ja ohennus suoritetaan tavallisesti kuumentamalla vesilietettä tärkkelyksen geIätinisointilämpötilaa korkeampaan lämpötilaan ja hydrolysoimalla liuennut tärkkelys osittain joko hapolla ja O^-amylaasi11a .

Tavanomaisessa happoentsyymiprosessissa tärkkelysliete hydrolysoidaan ja ohennetaan pH-alueella noin 1,8-2,5 kohotetussa lämpötilassa ja paineessa D.E.:n 15-20 (D.E. - Dekstroosiekvivalentti eli pelkistetty sokerin mi 11 igrammamäärä dekstroo-sina kerrottuna - 2 58942 sadalla ja jaettuna kuiva-aineen mi 11igrammamäärä1 la). Ohennettu tärkkelys (jota usein sanotaan liuenneeksi tärkkelykseksi) jäähdytetään sen jälkeen tavallisesti noin 60°C:n lämpötilaan ja sellaiseen pH-arvoon, joka edistää sakkarointientsyymin aktiivisuutta. Sopiva määrä sakkarointientsyymiä lisätään sitten ja sakka-roinnin annetaan edistyä kunnes haluttu siirappikonversion aste on saavutettu. Kun halutaan valmistaa konversiosiirappia, jonka sokeripitoisuus on korkea, sakkaroinnin annetaan mennä loppuun saakka, jonka jälkeen sakkarointihydrolysaatti suodatetaan ja käsitellään edelleen. Valmistettaessa konversiosiirappeja, joilla on korkea dekstroosipitoi suus, korkein saavutettavissa oleva konversio happo - entsyymiprosessi1la oh tavallisesti noin 95-96 D.E.

Seurauksena useista kysymyksistä, jotka johtuvat tärkkelyksen vesi-lietteen hydro lyys ista tai ohertamisesta on turvauduttu kasvavassa määrin prosesseihin, joissa osittaishydrolyysi ja ohennusvaiheet on suoritettu entsyymillä (so. entsyymi-entsyymiprosessi). Yleinen menetelmä, jossa ohennus suoritetaan entsyymillä, suoritetaan käsittelemällä tärkkelyksen ves i 1 i e te - amy laas i 1 la pH:n ollessa noin 5,5-7,0, lämpötilan noin 80-90°C ja ajan 1-3 tuntia. Entsyymillä suoritetun ohennuksen jälkeen hydrolysaatti jäähdytetään entsymaatti-sen sakkaroinnin suorituslämpötilaan kuten happo-entsyymiprosesseis-sakin. Verrattuna happo-entsyymiprosessiin entsyymi-entsyymiproses-silla saadaan korkeampia sokerin konversiotuotteiden saaliita ja päästään tiettyjen ei-haluttujen tuotteiden määrän supistukseen kuten tuhka, 5-hydroksimetylofurfuraali (HMF) ja väriä aiheuttavat 1 i säai neet.

Valitettavasti konversiosokereiden tai tavanomaisesti entsyymeillä ohennetuista hydrolysaateista valmistettujen sakkaroitujen sokerei-den suodatus epäonnistuu käytettäessä suurempia suo-datusnopeuksia johtuen tällöin saostuvasta tärkkelyksestä (esim. usein vain 1-2 p-% kiinteiden aineiden painosta tai vähemmän). On todettu, että yleensä entsyymeillä ohennetuilla tärkkelyshydrolysaatei1la on taipumus muodostaa saostuneita tärkkelyshydrolysaatteja (so. veteen liukenevia, mikrokiteisiä partikkelita, joilla on /^-tyyppinen X-sädediftraktiomalli). Lisäksi tärkkelyshydrolysaattia, joka sisältää saostunutta tärkkelystä, ei voida hydrolysoida tehokkaasti ja taloudellisesti entsyymeillä.

3 58942

On ehdotettu useita keinoja tärkkelyksen saostuksen välttämiseksi konversiosiirapissa. U.S .-patentissa no. 3 37Θ 462, Denault L. J. et ai, hakijat ehdottavat, että saostumisprobleemaa voidaan lieventää suorittamalla «PKj-entsyymillä suoritettava ohennus vesiliukoisten kalsium- ja natriumyhdisteiden läsnäollessa noin 85-91 °C:n lämpötilassa .Brittiläinen patentti 1 157 515, Kroyer K., ehdottaa saostumis-probleeman ratkaisua käyttämällä osittaista happohydrolyysivaiheen alkuvaihetta, jossa tärkkelys1iete hydrolysoidaan D.E:en, joka ei ole enempää kuin 10 (esim. 5 min. 140°C:ssa pH;n ollessa 1,8-2,5). Ositt.aishaopohydrolysaatti neutraloidaan sitten ja jäähdytetään nopeasti entsyymi nesteytyslämpötilaan ja ohennetaan.

Toinen ehdotettu keino ratkaista saostumiskysymys on ohentaa tärkkelystä entsyymillä, jonka jälkeen entsyymillä ohennettu hydroly-saatti käsitellään kiehuttamalla tai autoklaavissa siinä olevien liukenemattomien osien liuottamiseksi. Sakkarointi suoritetaan sitten jäähdyttämällä autoklaavissa tai kiehuttamalla käsitelty hydrolysaatti lisäämällä entsyymiä korvaamaan lämpökäsittelyn de-aktivoima entsyymi (esim. katso "Diastase 73" Tech. Bull. SP-254 (11/53), Rohm & Haas Company ja japanilainen patentti no. 1529 vuodelta 1964, Iwazawa T. et alii). U.S.-patentissa no. 3 280 006, Hurst T.L. et alii, on ehdotettu että saostumispulma voidaan ratkaista kuumentamalla osittaishydrolysaatti, joka sisältääo^-amylaasia, lämpötilaan 90-100°C olennaisesti kaiken tärkkelyksen liuottamiseksi lämpökäsittelyn seuraamana yli 125°C:ssa paineen alaisena ja tämän jälkeisellä sakkaroinni11a amyloglukosidaasilla. Kanadalainen patentti no. 753 228, Wilson A.L., ehdottaa toista keinoa saostumuspulman ratkaisemiseksi. Kanadalaisen patentin mukaan tärkkelys1iete muutetaan 1iisterimäiseksi höyrykuumentimessa 54-71°C:n lämpötilassa. Liisteri-mäisen tärkkelyksen saostuminen estetään kanadalaisessa patentissa laimentamalla liisterimäinen tärkkelys ohennetulla ja osittain sakka-roidulla tärkkelyshydrolysaati 1 la. Kanadalaisen pat*entin mukaan on edullista jäähdyttää liisterimäinen tärkkelys nopeasti ennen laimentamista siitäkin huolimatta, että laimennusvaihetta voidaan käyttää keinona jäähdyttää liisterimäinen tärkkelys. Näiden lisäksi saostumis-pulmaa on yritetty ratkaista U.S. patentissa no. 3 551 273. Tässä patentissa on ehdotettu entsyymiä sisältävän tärkkelyslietteen muuttamista liisterimäiseksi ja ohentamista kuumentama 1la liete jatkuvasti 95-110°C:n lämpötilassa sellaisen ajan, joka on riittävä muuttamaan liete liisterimäiseksi ja sen oheiitami seksi deakti voimatta entsyymit olennaisesti.

58942

Kuumennetun lietteen sisältäessä jäljellä olevan elinkelpoisen entsyymin liete jäähdytetään sitten heti ja jatkuvasti ja ohennetaan haluttuun viskositeettiin entsyymillä 77-91°C:n lämpötilassa.

US-patentista 3 654 081 tunnetaan edelleen menetelmä, jossa tärkkelystä hydrolysoidaan lisäämällä kalsium- tai natriumsuoloja tärkkelyksen vesilietteeseen kuumentamalla lietettä ja lisäämällä siihen C>< -amylaasia kahdessa vaiheessa. Esitetyssä menetelmässä <>4-amylaa-sia tarvitaan kuitenkin niin runsaasti, että menetelmä on teollisessa mittakaavassa toteutettuna kallis.

Huolimatta käytetystä ajasta, ponnistuksista ja rahasta tärkkelyksen saostumispulman ratkaisemiseksi (kuten yhä on todettu), edelleen on olemassa tarve estää tärkkelyksen saostuminen tehokkaasti ja taloudellisesti. Pääpaino yrityksissä ratkaista saostumispulma entsymaatti-sella ohennuksella ja entsymaattisella sakkaroinni11a on ollut osit-taisesti ohennetun hydrolysaatin saostumien liuottamisessa lämpökäsittelyllä, minkä jälkeen c< -amylaasia on lisätty lämpökäsittelyn deak-tivoiman entsyymin korvaamiseksi niin, että ohennusvaihe on saatu päätökseen. Sakkaroidulle tuotteelle on ominaista hidas suotautumis-nopeus tarvittavan ex'-amy laasimäärän kasvaessa samanaikaisesti. Tällöin sekä prosessilaitteiston kustannukset että kokonaistuotantokustannuk-set kasvavat. Vaihtoehtoiset ehdotukset, joissa entsyymin lisäkäyttö ei ole välttämätön, ovat usein sopimattomia eri syistä, kuten kalliista lisälaitteista , tuotannon tehottomuudesta ja saaliiden niukkuudesta ja/tai ei-toivottujen sivutuotteiden ja vastaavien muodostumisesta.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on kehittää parannettu menetelmä tärkkelyksen ohentamiseksi °^-amylaasi1la sellaisissa olosuhteissa, että liukenemattomien aineiden määrä saadaan pidettyä mahdollisimman alhaisellataimitättömällätasolla.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on myös optimoida °<-amylaasin entsymaattinen aktiivisuus hydrolysoitaessa tärkkelystä sisältäviä aineita.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on edelleen supistaa tarvittavan entsyymin määrää tärkkelystä sisältävien aineiden ohentamiseksi ja sakkaroimiseksi.

58942

Keksinnön tarkoituksena on edelleen kehittää menetelmä sellaisen konversiosiirapin valmistamiseksi, joka voidaan suodattaa nopeasti.

Keksinnön tarkoituksena on edelleen tuoda esiin konversiosiirappeja, joiden D.E. on korkea ja jotka ovat helposti suodatettavissa ja tai- teenotettavissa.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on edelleen ohennettujen hydro-lysaattien valmistukseen tarvittavan ajan supistaminen.

Keksinnön tarkoituksena on lopuksi tuoda esiin tehokkaampi ja yhtenäisempi menetelmä hydrolysaattien ohentamiseksi ja sakkaroimiseksi poikkeamatta olennaisesti tavanomaisista tuotanto-olosuhteista ja -vä lineistä.

Oheinen piirustus esittää aikaa ja lämpötilaolosuhteita heti osit-taishydrolysaattien alkukäsittelyn jälkeen e^amylaasi1la lämpötila-käyrien kuvaamana.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että a) tärkkelyksen vesiliete hydrolysoidaan osittain pH:n ollessa 3,6-6,5 kuumentamalla lietettä ylipaineessa ainakin 120°C:n lämpötilassa siten, että muodostuu tärkkelyksen osittaishydrolysaatti, joka on olennaisesti vapaa liukenemattomista tärkkelysrakeista ja jonka D.E. on alle 2,0 ja viskositeetti alle 20.000 cPs, minkä jälkeen pH säädetään välille 5,8-8,5 ja lämpötila välille 93-100°C; b) tärkkelyksen osittaishydrolysaattia hydrolysoidaan edelleen lisää mällä siihen ensin °<T-amylaasia niin, että kokonaishydrolyysissä tarvittava amylaasimäärä lisätään joko kokonaan tai osittain tässä vaiheessa, ja antamalla hydrolyysin sen jälkeen edetä 93-100°C:n lämpötilassa vähintään puolen minuutin ajan; c) valmistetaan ohennettu hydrolysaatti jäähdyttämällä hydrolysaatti vähitellen lämpötilavä1i1le 85°C-93°C ja antamalla hydrolyysin jatkua -amylaasin vaikutuksesta D.E.-arvoon vähintään noin 5 siten, ettei ohennettu hydrolysaatti annan sinistä eikä purppuraa väriä tärkkelys-jodi di kokeessa, ja d) ohennettu hydrolysaatti sokeroidaan sokeroivan entsyymi valmisteen, sopivimmin glukoamylaasivalmisteen avulla.

r' 58942

Sakkaroitu tai konversiosokeri, joka on valmistettu tästä ohennetusta hydrolysaatista, osoittaa merkittävästi kohonneita suodatusnopeuksia verrattuna sokereihin, jotka on valmistettu tavanomaisista entsyymi-ohennetuista hydrolysaateis ta. Merkittävästi nousseet suodatusnopeu-det saavutetaan koska tämän keksinnön ohennusmenetelmä antaa ohennetun hydro lysaatin, jossa saostuneen tärkkelyksen määrä ohennuksen aikana ja tämän jälkeen seuraava sakkarointi saadaan pidettyä nimellisellä ja/tai olennaisesti vapaalla saostumattomalla tasolla. Seurauksena tästä ohennetuista hydrolysaateista valmistetut konver-siosiirapit ovat olennaisesti vapaita saostuneesta tärkkelyksestä. Esillä oleva keksintö optimoi s ekä amy1 aasin tehokkuuden tärkkelys tä sisältävien materiaalien ohentamisessa, että entsyymivalmisteen, jota käytetään ohennettujen hydrolysaattien sakkarointiin. Tällöin sekä ohennukseen, että seuraavaan sakkaroin tiin tarvittavan entsyymin määrää voidaan olennaisesti vähentää esillä olevan keksinnön ansiosta. Ohennetut hydrolysaatit voidaan tällöin saada helposti tärkkelyksen vesilietteistä, joissa on runsaasti kiinteitä aineita (esim. 25-40 p-% kiinteitä aineita) ilman, että jatkokäsittely on vä1ttämätönstä. Täten runsaasti kiinteitä aineita sisältävän aineen ohennettuja hydrolysaatteja voidaan käyttää suoraan entsymaattiseen sakkarointiin sellaisen konversiosiirapin tuottamiseksi, jolla on korkea sokeripitoisuus. Koska näitä ohennettuja hydrolysaatteja voidaan käyttää suoraan seuraavaan entsymaattiseen sakka rointiin, ohennettuja hydrolysaatteja käsiteltäessä (tai niistä sakkaroituja sokereja) vältetään kustannuksia vaativan haihduttavan prosessin ja/tai lisäprosessilaitteiden tarve.

Keksinnön mukaan valmistetuista ohennetuista hydrolysaateista voidaan valmistaa sakkaroitu tuote, jolla on parantunut laatu ja siten, että saaliit ovat parantuneet. Kokonaisprosessi kustannukset ovat kilpailukykyisiä tavanomaisten hapon avulla suoritettavien ohennusprosessien kustannusten kanssa, koska tällä prosessilla voidaam välttää suodatus-ja saostumiskysymykset, jotka ovat olleet kiusana aiemmin tunnetuissa entsyymiohennusprosesseissa. Tuloksena saatavan konversio-siirapin haluttu kokoomus ja ominaisuudet ovat helpommin kontrolloitavissa tämän keksinnön mukaisten ohennettujen hydrolysaattien avulla. Toisin kuin happoentsyymiprosessit, tämän keksinnön mukainen menetelmä antaa mahdollisuuden päästä korkeaan sokerikonversiotuot teiden saantoon ilman samanaikaisesti saatavia ei-haluttuja sivutuotteita, kuten HMF, tuhka, väriä aiheuttavat aineet ja sen tapaiset. Tämän keksinnön mukaan voidaan valmistaa monia erilaisia sokerin konVfersiotuotteita· *♦. * 7 58942

Sokerin konversiotuotteet, jotka ovat olennaisesti vapaita saostuneesta tärkkelyksestä ja joiden kokoomus ja sokeripitoisuus on määrätty, voidaan helposti saada käyttämällä sopivaa sakkarointi-entsyymiä ja olosuhteita, jotka ovat välttämättömiä halutun konver-siosiirapin saamiseksi. Haluttaessa ohennettuja hydrolysaatteja voidaan käyttää erilaisten konversiosokerituotteiden valmistukseen, kuten runsaasti maltoosia sisältävien sokerien ja siirappien ja siirappien, joilla on korkea tai alhainen D.E., runsaasti tai vähän dekstroosia sisältävien siirappien yms., samaten kuin näiden välituotteiden valmistukseen.

Valmistettaessa tämän keksinnön mukainen ohennettu hydrolysaatti, valmistetaan ensin osittaishydrolysaatti, jonka D.E. on vähemmän kuin 2,0 ja joka on olennaisesti vapaa liukenemattomista tärkkelys-rakeista. Tärkkelyksen vesiliete, joka on valmistettu tavanomaisin keinoin, jolla on sopiva pH ja tärkkelyspitoisuus ja joka on tasa-aineista, on käyttökelpoinen lähtöaine valmistettaessa ohennettuja hydrolysaatteja. Lähtöaineena käytettävän tärkkelys lietteen tärkkelyspitoisuus saattaa vaihdella suhteellisen laajoissa rajoissa (esim. 5-50 %). Haihdutuskustannusten kokonaisinvestointien ja käyttömenojen minimoimiseksi sakkaroitujen sokeri tuotteiden tuotannossa, tässä keksinnössä lähtöaineena käytettävät tärkkelyslietteet sisältävät tärkkelyksen kiinteitä aineosia vähintään 25 p-% ja sopivasti noin 30-40 p-%. Tärkkelyksen vesilietteitä, joiden väkevyys on korkeampi (esim. yli 40 %), voidaan käyttää, mutta niitä on vaikeampi käsitellä jatkuvatoimisesta. Ellei ohennettuja hydrolysaat-teja ole valmistettu happo-ohennustekniikalla, osittaishydrolysaatin valmistuksessa käytettävän vesilietteen pH pidetään alueella noin 3,6-5,5. Täten valmistettavien osittaishydrolysaattien viskositeetti on tavallisesti vähemmän kuin noin 3000 cps mutta enemmän kuin 200 ops·, siten, että parhaimmat tulokset saavutetaan viskositeetin ollessa vähemmän kuin noin 500 cps (määrättynä "Brookfield"-visko-simetrillä, 20 rpm, kierrän / 1, 95°C, pH 7,01.

Tämän keksinnön mukainen ohennusmenetelmä on sopiva valmistettaessa ohennettuja hydrolysaatteja erilaisista tärkkelystä sisältävistä aineista. Tärkkelystä sisältäviä aineita voidaan saada eri lähteistä, joihin kuuluu olennaisesti puhdasta tärkkelystä ja raakatärkkelystä sisältäviä aineita. Täten puhdasta ja raakatärkkelystä maissista, vehnästä, perunoista, sagosta, milosta, makeasta perunasta, tapio-kasta, sorghumista, riisistä, pavuista, kaurasta,. arrow-juurqsta, 8 58942 ohrasta, näiden seoksista ja vastaavista, voidaan käyttää tärkkelystä sisältävinä aineina. Samoin eri jakeita sekä märistä että kuivista jauhatusprosesseista, kuten tärkkelysliuoksia, kokonaisena jauhettua maissia, maissijauhoja, panimosuurimoita, ilmalla luokiteltuja vehnä-tärkkelystuotteita, vi1jajauhatuksen märkäjakeitä, esim. keskipako-luokitteltuina, ja sterilisoituja myllyjen jätelietteitä, voidaan käyttää. Keksintö on erityisen käyttökelpoinen valmistettaessa ohennettua hydrolysaattia olennaisesti puhtaista kaupallisista muunta-mattomista raemaisista tärkkelystuotteista (esim. muuntamattomista ma issitärkkelysrakeista).

Tämä keksintö antaa mahdollisuuden osittaishydrolysaatin valmistamiseksi alkuperäisistä tärkkelyksistä ilman, että alkalin tai alkali-maametallien käyttö on välttämätöntä. Osittaishydrolysaatin valmistaminen vapaana alkalista tai aikalisistä maametalleista on edullista, koska sellaiset lisäaineet on tällöin poistettu siirapista (esim. tavallisesti ioninvaihtohartsi11a) ennen sen myyntiä. Alkuperäisten tärkkelysten vesilietteitä, jotka ovat olennaisesti vapaita lisäaineista (esim. tärkkelyksen vesilietteet, jotka sisältävät vähemmän kuin 0,003 moolia alkalimetalleja tai alkaalisten maametallien yhdisteitä, kuten kalsium- ja natri urn^ase taatte ja, hypof osf aatte ja , lak-taatteja, klorideja, hydroksideja, bikarbonaatteja, karbonaatteja, sitraatteja) voidaan käyttää. Alkaalisten maametallien ja alkaali-metallien määrä vesilietteessä on tällöin edullisesti vähemmän kuin noin 0,002 moolia ja sopivasti vähemmän kuin noin 0,0015 moolia.

Ensimmäinen vaihe valmistettaessa tämän keksinnön mukaisia ohennettuja hydrolysaatteja on käsitellä tärkkelyksen vesilietettä, jonka pH on noin 3,6-6,5, lämpötilassa vähintään 120°C ylipaineessa sellaisen ajan ja sellaisissa olosuhteissa, jotka ovat riittäviä saamaan aikaan osittaisen hydrolysoitumisen. Paine, lämpötilat, pH. ja muut prosessi-olosuhteet, jotka ovat joko liian voimakkaat tai liian heikot yllä esitetyn tyyppisen osittaishydrolysaatin aikaansaamiseksi (esim. epäsopiva D.E. ja sekaantuminen liukenemattomien tärkkelysrakei-den kanssa), aiheuttavat ohennetussa hydrolysaatissa luonnollisen taipumuksen saostumiseen. Merkittävä parannus prosessin tehokkuudessa ja helppoudessa (sakkarointi ja sokerin valmistus) on saavutettavissa, kun osittaishydrolysaatti on ohennettu arvoon D.E. vähemmän kuin 1,0 Ä* ‘ ‘ 58942 ja sen viskositeetti on välillä noin 400-1000 cps. kun saatavan osittaishydrolysaatin D.E. on vähemmän kuin 0,5 (tavallisesti noin 0,05-0,4), saadaan ohennettuja hydrolysaatteja, jotka ovat ominaisuuksiltaan merkittävästi parempia kuin osittaihydrolysaatit, joilla on korkeampi D.E.-arvo.

Sopiva käsittelylämpötila, -paine ja -aika tälle osittaishydroly-saatille on saatavissa käsittelemällä vesiliete laitteessa, joka on yleisesti tunnettu alalla höyry-suihkukuumentimena tai suihku-kuumentimena ja jossa ylipaineinen höyry ruiskutetaan tärkkelysra-keiden vesilietteeseen ja sekoitetaan sen kanssa keittimen kaula-osassa. Kosketuksissa suihkutetun höyryn kanssa tärkkelysrakeet lämpökäsitellään kauttaaltaan ja hetkellisesti turbulenssisissa olosuhteissa, jolloin tärkkelysrakeet gelatinisoituvat ja liukene vat. Esimerkkejä höyrysuihkukuumentimista, joissa paineet, lämpötilat ja syöttönopeudet voidaan säätää vastaamaan haluttua osittais-hydrolysaattia, on esitetty U.S.-patenteissa 2 805 995, 3 197 337, 3 219 483 ja 3 133 836. Yhdenmukaisemmin liuennetita osittaishydro-lysaatteja voidaan saada käyttämällä höyrysuihkukuumenninta yhdistettynä reaktiotilaan, kuten kierukkaputkeen tai painesäiliöön, jotka on suunniteltu minimoimaan nesteen suuntautuminen. Muita ohennus-laitteita (esim. lämmönvaihtimia, homogenisointikeittimiä, ohennus-keittimiä, ketjukeittimiä jne.) voidaan käyttää siten, että käsittely ja prosessiolosuhteet on riittävästi kontrolloitu ja että saadaan tässä kuvattuja osittaishydrolysaatteja.

Valmistusolosuhteet, jotka ovat välttämättömiä osittaishydrolysaatin saamiseksi, riippuvat voimakkaasti vesilietteen kiinteiden aineiden pitoisuudesta, tärkkelyksen luonteesta ja vesilietteen pH:sta yhtä hyvin kuin sellaisista tekijöistä, kuten paineesta, lämpötilasta ja pyörteisyydestä valmistettaessa osittaisbydrolysaattia. Mitä tulee höyrysuihkukuumentimiin, on tavallisesti sopivaa käyttää suhteellisen korkeita paineita (esim. 3Θ0-690 kPa) samanaikaissti kuin lämpötilat ovat olennaisesti yli 120°C pH-alueella noin 4,0-5,0 vesilietteen kiinteiden aineosien pitoisuuden ollessa noin 30-40 %. Kun vesilietteellä on suhteellisen alhainen kiinteiden aineiden pitoisuus ja pH, osittaishydrolysaatti valmistetaan tavallisesti vähemmän voimakkaissa prosessiolosuhteissa, kuin sellaiset lietteet, joiden kiinteiden aineiden pitoisuus ja pH on korkeammalla tasolla.

10 58942

Kuten ylläesitetystä ilmenee, välttämättömät valmistusolosuhteet osittaishydrolysaatin valmistukseen vaihtelevat huomattavasti. Täten vaImi stusolosuhteet jonkin tyyppisessä laitteessa saattavat vaihdella huomattavasti. Käytettäessä höyrysuihkukuumenninta ja reaktiotilaa osittaishydrolysaatteja voidaan sopivasti valmistaa seuraavissa olosuhteissa : (a) vesilietteen kiinteiden aineosien pitoisuus 25-40 p-% (b) lietteen pH 3,6-6,5 (c) höyrysuihkukuumennin, jota käytetään lämpöti la - a 1uee1 la noin 143-153°C ja vastaavassa paineessa noin 390-660 kPa (absol.) ja (d) viipymäaika noin 1-20 minuuttia lämpötilassa vähintään 120°C. jona aikana tuote on ylipaineessa reaktiotilassa.

Ehkäistäessä saostusta valmistuksen tarkkailu suoritetaan tarkemmin ja tehokkaammin kun vesilietettä, jonka kiinteiden aineosien pitoisuus on noin 30-40 p-%, johdetaan höyrysuihkukuumentimeen lämpötilassa noin 154-160°C, höyrynpaineen ollessa noin 530-620 kPa (absol.), lietteen pH:n ollessa noin 4,0-4,5 ja tuotteen annetaan jäädä reaktio-tilaan yli 120°C lämpötilaan ylipaineessa lisäksi 4-15 minuutiksi (sopivasti noin 6-10 minuutiksi).

Osittaishydrolysaatin ominaisuudet korostuvat enemmän jos käsitelty tärkkelys poistetaan reaktioti1 as ta höyry-ylimäärän avulla suukappaleen läpi olennaisesti alempiapineiseeen tilaan. Sopiva tapa tämän suorittamiseksi on poistaa tärkkelystahna höyry-ylimäärällä suukappaleen lävitse tilaan, jossa vallitsee ympäröivän ilman paine ja lämpötila ja jäähdyttää tahna nain. Höyry-ylimäärä, puristaminen suukappaleen läpi tahnan nopean jäähtymisen ohella (tavallisesti noin 93-100°C:n lämpötilaan) liuottaa tehokkaasti tärkkelyksen ja myötävaikuttaa tärkkelystahnan saostumattomuuteen.

Valmistettaessa osittaishydrolysaatteja vesilietteen pH:lla ja sen kiinteiden tärkkelysaineiden pitoisuudella on vaikutus sen viskositeettiin. Tietyssä kiinteiden tärkkelysaineiden pitoisuudessa osittaishydrolysaatin viskositeetti on riippuvainen logaritmisesti pH:sta siinä tärkkelyksen vesilietteessä, josta se on valmistettu. Esimerkiksi muutamien höyrykuumennettujen tärkkelysvesilietteiden, joiden kuiva tarkkelyspitoisuus on 30-31 %, Brookfie 1d-viskositeetti( 95°C:ssa) on seuraava: \ 11 58942 pH pyöriä rpm viskositeetti (cps) 3,6 2 20 220 4.0 2 20 420 4.5 2 20 - 750 5.0 2 10 3000 5.5 2 5 7500 6,2 6 20 20000

Csittaishydrolysaattia, jpnka viskositeetti on 20.000 cps tai korkeampi, ei voida tehokkaasti käyttää hyväksi kaupallisissa tärkkelyksen ohennusprosesseissa käytettäessä tavanomaista ohennuslaitetta. Vaikka saatavan osittaishydrolysaatin viskositeettia voidaan supistaa käyttämällä tärkkelyksen vesilietettä, jonka kiinteiden tärkkelys-aineiden pitoisuus on alhaisempi, kaupallisessa prosessissa on erittäin toivottavaa valmistaa osittaishydrolysaatti, jonka kiinteiden tärk-kelysaineiden pitoisuus on enemmän kuin 25 p-%, ja erityisesti hydro-lysaatti, jossa on enemmän kuin 30 % kiinteitä tärkkelysaineita.

Tällöin on toivottavaa käyttää alunperin vesilietettä, jossa on 30-35 % kiinteitä tärkkelysaineita, pH:n, jossa se on valmistettu, pitäisi olla alle 6,0 kun taas merkittäviä etuja valmistuksessa ja ohennettuja hydrolysaatteja saadaan kun pH on vähemmän kuin 5,5 (esim 7500 cps.). Valmistuksessa 5,0:a alhaisempi pH ahtaa tulokseksi erityisen edullisia osittaishydrolysaatteja esillä olevan keksinnön käyttämiseksi.

Käsittely <P^-amy laasi 1 la

Esillä olevassa keksinnössä on olennaista että osittaishydrolysaatti, jonka D.E. on vähemmän kuin 2,0, käsitellään ja hydrolysoidaan -amy-laasilla lämpötilassa vähintään 93°C. Tavallisesti on ei-toivottavaa käsitellä osittaishydrolysaatti aluksi o<-amylaasi1 Ia lämpötilassa ja prosessiolosuhteisga, jotka olennaisesti inaktivoivat entsyymin koho-' tetussa lämpötilassa (esim. noin 110°C), käsitelty osittaishydrolysaatti pitäisi jäähdyttää nopeasti alempaan lämpötilaan entsyymin lämpötilasta johtavan inaktivoitumisen estämiseksi. Käsittelyvaihe -amylaasi 11a kohotetussa lämpötilassa antaa tulokseksi osittaishydrolysaatin, jossa o/-amy 1 aasi voi tehokkaasti ohentaa hydrolysaattia edelleensaostumisen tapahtumatta. Sopimattomat prosessiolosuhteet, jotka seuraavat osittaishydrolysaatin muodostumista, mutta ennen sen käsittelyä cK-amylaasilla, voivat muuttaa osittaishydrolysaattia riit- 12 58942 tävästi niin, että sillä ei ole välttämättömiä ominaisuuksia estämään tärkkelyksen saostumista. Tällöin halutun osittaishydrolysaatin muodostumisen jälkeen, mutta ennen amylaasin lisäystä, prosessiolosuh-teet pitäisi säilyttää sellaisina että ne säilyttävät osittaishydro-lysaatin luonteen muuttumattomana.

Tehokas keino osittaishydrolysaatin luonteen säilyttämiseksi on keskeyttää hydrolyysi tai hidastaa sitä ennen käsittelyä o^-amylaa-silla. Hydrclyysin keskeytystä tai hidastusta voidaan tehokkaasti kontrolloida jäähdyttämällä osoittaishydrolysaattia 100°C:n lämpötilaan ja säätämällä pH välille 5,8- 8,5. Osittaishydrolysaatin jäähdyttäminen voidaan helposti toteuttaa päästämällä tuote ilmakehän paineeseen. pH:n säätö voidaan suorittaa heti ennen osittais-hydrolysaatin jäähdytystä lämpötilaan alle 100°C tai heti sen jälkeen. Kuitenkin on todettu, että tehokkain tapa hydrolyysin saattamiseksi loppuun on suorittaa pH:n säätö heti ennen jäähdytystä kun taas osittaishydrolysaatti pidetään lämpötilassa yli 120°C ylipaineessa. Mitä neutralisoivaa emästä tahansa, mikä ei estä merkittävästi ^ -amylaasin entsymaattista aktiivisuutta (esim. alkali ja alkaalis-ten maametallien neutraloivat emäkset kuten natriumhydroksidi, natrium- ja kalsiumkarbonaatit ja -bikarbonaatit, kalsiumhydroksidi jne) voidaan käyttö pH:n säätämiseen. Jos pH:n säätämiseen käytetään muita suoloja tai alkaleja kuin kaisiumioneja, tavanomaiset määrät kalsium-ioneja pitäisi yhdistää osittaishydrolysaattiin entsyymin maksimaalisen elinkelpoisuuden ylläpitämiseksi. Yllämainittujen välttämättö -mien ominaisuuksien omaavan osittaishydrolysaatin tarkoitus on saada perusaine, joka voidaan tehokkaasti hydrolysoida ©/-amylaasi11a ylläpitäen samanaikaisesti sille ominaista hydrolysaattiluonnetta.

Näiden erityisten ohennettujen hydrolysaattien saamiseksi on välttämätöntä hydrolysoida osittaishydrolysaattia edelleen käsittelemällä sitä °<-amylaasi1 la (esim. tavallisesti vähintään puolella ohennuk-seen käytetyn 'X-amylaasin kokonaismäärästä), pH-olosuhteissa, jotka ovat edullisia hydrolysoitumiselle antaen hydrolyysin sen jälkeen 'jatkua lämpötilassa vähintään 93°C. Sellainen käsittely ei ainoastaan estä saostumista vaan antaa myös keinon supistaa merkittävästi tarvittavan entsyymin kokonaismäärää. Jos osittaishydrolysaatti tässä prosessivaiheessa pelkästään jäähdytetään tavanomaiseen ohennus-lämpötilaan esim. noin 79-88°C ja ohennetaan, tuloksena saatava tuote tulee osoittamaan merkittävää saostumista ja tarvitsee suuria määriä <~<.-amy laasi a ja/tai konversioentsyyme jä .

j«v> ' ' 13 58942

Se ajanjakso, jona osittaishydrolysaatti a lkukäsite 1lään c<-amy]aa-silla lämpötilassa yli 93°C, riippuu suuresti entsyymillä suoritettavan hydrolyysivaiheen lämpötilasta. Yleensä c<-amylaasi1la lämpötilassa 93-100°C suoritettavan käsittelyn viipymäaika on noin 0,5-25 minuuttia. Yli 25 minuutin viipymäaikaa voidaan käyttää tässä o<-amy-laasilla suoritettavassa käsittelyssä ilman saostumista kun hydro-lysaattiin on lisätty sellainen määrä entsyymiä, että se riittää hydrolysaatin ohentamiseen. Tällöin voidaan käyttää melko korkeita lämpötiloja alkuhydrolysoinnissa o<-amylaasi11a (esim. 2 minuuttia 98°C:ssa tai tämän yli, 4 minuuttia 97°C:ssa ja/tai 6 minuuttia 95°C:ssa tai tämän yli) yhdessä suurempien käytettävien ©<-amylaasi-määrien kanssa ilman, että saatanan tuotteen suodatettavuuteen vaikutetaan merkittävästi. Tällaiset käsittelyn lisäjaksot kuitenkin aiheuttavat helposti entsyymin deaktivoitumista ja ohennetun hydrolysaatin tuottamiseen tarvittavan entsyymin kokonaismäärän kasvua. Lämpötilan ylärajalla (esim. noin 99°C) viipymäaika noin 30-90 sekuntia riittää kun taas noin 94°C:ssa tarvitaan tavallisesti noin 15-25 minuuttia. Osittaishydrolysaatin hydrolyysiin tarvittavan entsyymimäärän supistamiseksi säilyttäen samanaikaisesti ohennetun hydrolysaatin parantuneet omi nai suudet, on edullista suorittaa hydrolyysi lämpötiloissa yli 96°C, 95°C ja 94°C käytettyjen aikojen ollessa vastaavasti korkeintaan 2, 6 ja 10 minuuttia. Kontrolloidun lämpötilan vaikutusta ohennettujen hydrolysaattien sakkaroitumiseen on tarkemmin selostettu esimerkeissä.

°<-Amylaasi, jolla osittaishydrolysaatti käsitellään ja hydrolysoidaan edelleen lämpötilassa 93-100°C, on sopivimmin se 11 ai stac^-amy1 aasia, jolla on lämpöstabiliteetti ohennettu osittaishydrolysaatin valmistuksessa vallitsevissa olosuhteissa. Yleensä voidaan käyttää niitä ©<!-amy laasi valmisteita, jotka ovat lämpöstabii li a ^-amylaa-sia ja kykeneviä säilyttämään 75 % aktiviteetistaan liuotettaessa tärkkelystä tunnin ajan 77-S8°C:n lämpötilassa ko.'entsyymin optimi-pH-olosuhteissa. Lämpöstabiileja valmisteita sellaisista mikro-orga-nismeistä, kuten bakteeri- (esim. Basillus substilis), sieni- (esim. Aspergillus oryzae), korkeimmista kasvis- (esim. ohea) ja eläinläh-teistä voidaan käyttää.

Vaikkakin epäpuhtaita o^-amylaasivalmisteita voidaan käyttää, sopivimmin käytetään puhdistettuja entsyymituotteita, koska ohennus ja seuraava sakkarointi sekä saalis tästä ovat tällöin helpommin kontrolloitavissa. Esimerkkinä mainittavat «^-amylaasivalmisteet sisältävät bak- 14 58942 teeri entsyymejä kuten "Takamine H T - tuhat" ja "Tenase" (Miles laboratoriot), "Rhozyme H-39" (Rohm et Haas) ja ”Ban 120" (Novo Industri), ja sieni -iN£-amy laas i va Imisteita, kuten "Clarase” (Miles laboratoriot). Koska ohennusvaiheet suoritetaan korkeissa lämpötiloissa ja entsyymin inaktivoi nti a suosivina ajanjaksoina, tarvittavien entsyymien vähimmäismäärä saavutetaan parhaiten käyttämällä bakteeri- tx. - amy laas i va Imi s tei t a .

Se entsyymin määrä, jo 1 lahosittaishydrolysaatti käsitellään, voi vaihdella huomattavasti. Koska prosessin alkuvaiheet ennen käsittelyä entsyymillä, ja siten ennen ohennusvaiheita, (joita on kuvattu tarkemmin myöhemmin) ehkäisevät saostumista, se entsyymival-misteen vähimmäismäärä, joka tarvitaan hydrolysaatin ohentamiseen, on merkittävästi vähäisempi kuin vastaavat tavanomaisessa entsyymillä suoritettavassa ohennuksessa tarvittava entsyymin määrä. Haluttaessa voidaan käyttää£<-amylaasin entsymaattisia määriä enemmän kuin on välttämätöntä hydrolysaatin ohentamiseen sopivasti ilman, että merkittävästi vaikutetaan valmistettavien sakkaroitu-jen tuotteiden suodatusominaisuuksiin (esim. haluttaessa lisätä ohentamisen nopeutta). Verrattuna tavanomaisiin entsyymeillä suoritettaviin ohennusprosesseihin, on todettu, että keksinnön mukainen ohennusmenetelmä supistaa huomattavasti tarvittavan c^-amylaasin määrää, (esim. noin 25-50 % tai enemmän).

Kuten on tunnettua, tarvittavan entsyymimäärän määrääminen painon perusteella ei ole tarkka keino tarvittavan entsyymimäärän määräämiseksi. Tarvittava entsyymimäärä voidaan sen vuoksi ilmaista parhaiten termillä entsyymin aktiivisuusyksikkö yhtä grammaa tärkkelystä kohti kuivapainosta laskettuna. Yksi yksikkö -amylaasia, tämän mukaan, määritellään sellaisena määränä, joka liuottaa 20 g kaupallista vi1jatärkkelystä 10 p-% tärkkelyksen vesilietteenä laskettuna kuiva-aineesta, 75°C:ssa ja pH:ssa 6,3 15 minuutissa nestehydrolysaatiksi, josta otetun 50 ml näytteen virtausaika standardikokoisen 50 ml pipetin lävitse on 40 sekuntia. Vertauksen vuoksi bakteeri-o<-amylaasivalmisteiden arvioidut aktiviteetit määriteltyinä standardimenetelmällä ovat seuraavat:

Entsyymi Aktiviteetti yks./g entsyymiä "Rhozyme H-39" (Rohm & Haas) 650 "Ban 120" (Novo Industri) 250 "Tenase" (Miles Laboratories) 275 ”Takamine HT-1000" (Miles Laboratories) 460 .,y · '· ib 58942 Tärkkelyshydrolysaatin ohentamiseen tarvittavan c>C - amy laas i n määrä riippuu lähinnä tärkkelyshydrolysaatissa olevien kiinteiden aineiden määrästä. Suurempi kiinteiden aineiden määrä tekee välttämättömäksi suuremman amylaasimäärän käytön. Yleensä c<-amy laas i 11 a suoritettavassa käsittelyssä ja sitä seuraavasssa keksinnön mukaisessa ohennus-vaiheessa käytettävän A:-amylaasin määrä on riittävä antamaan olennaisesti ei-saostuvan hydrolysaatin. Tavallisesti ohennetun hydro-lysaatin valmistukseen tarvittavan c<-amylaasin määrä on tällöin suurempi kuin noin 5,0 yksikköä °<^-amy laasia 100 g kuivia tärkkelyshydrolysaatin kiinteitä aineosia kohti. Haluttaessa voidaan käyttää enemmän ^-amylaasia hydrolysoitumisnopeuden lisäämiseksi (esim. 50 yksikköä tai enemmän). Tällaiset lisämäärät ovat tavallisesti tarpeettomia, koska ne nostavat entsyymistä aiheutuvia kustannuksia ja lisäävät suodatuksesta aiheutuvia kysymyksiä, jotka johtuvat entsy-maattivaImi s teen epäpuhtauksista, kuten valkuaisaineista yms . Tällöin ohennettujen hydrolysaattien kaupallisessa valmistusprosessissa tarvittavan ^-amylaasin määrä haluttua ohennettua hydrolysaattia valmistettaessa on noin 10-40 yksikköä 100 g tärkkelyshydrolysaatin kiinteitä aineosia kohti, sopivimmin noin 15-30 yksikköä. Merkittävää supistumista tarvittavan 0<l-amylaasin kokonaismäärässä, prosessin tehostumista ja tuotteiden parantumista saavutetaan jos vähintään puolet tarvittavan oC-amylaasin määrästä lisätään aluksi osittais-hydrolysaattiin lämpötilassa 93-100°C. Lisäetuja saavutetaan lisättäessä yli 75 % ohennuksessa tarvittavasta Ad-amylaasin määrästä osittaishydrolysaatin käsittelyssä ja sopivimmin olennaisesti koko tarvittava cKramylaasimäärä (95 % tai enemmän) lisätään osittais-hydrolysaattiin lämpötilassa 93-100°C.

-Amylaasia suoritetun käsittelyn jälkeinen hydrolyysi

Osittaishydrolysaatin käsittelyn jäIkeen ©<-amylaasi11a lämpötilassa 93-100°C, ohennettu hydrolysaatti valmistetaan jäähdyttämällä hydro-lysaatti lämpötilaan 85-93°C. ©<-Amylaasin annetaan sen jälkeen hydrolysoida hydrolysaatti DE-arvoon noin 5,0 tai enemmän. Saostumisen estämiseksi ja hydrolysointientyymien tehokkuuden optimoimiseksi, hydro-lysaatin ohentaminen suoritetaan sopivimmin vähentämällä ohennus-lämpötilaa vähintään kahdessa vaiheessa siten, että lämpötilan alenema kasvaa asteittain. Ohennussäiliöt, joissa lämpötilat ovat progressiivisesti alempia kuin edellisissä ohennussäilioissa, tarjoavat keinon tällaiseen ohennuslmpötilojen alentamiseen. Lämpötilat noin 88-93°C noin 30-90 minuutin ajanjaksona riittää tavallisesti väli vaiheeseen.Seuraava 16 5894 2 ohennus voidaan suorittaa käyttäen lämpötiloja noin 85-91°C noin 1-6 tunnin ajan. Nopeus, jolla hydrolysaatti ohenee, riippuu hydrolysaatissa olevien kiinteiden aineiden väkevyydestä, ajasta ja ohennuslämpötiloista yhtä hyvin kuin käytettävien cx-amylaa-siyksikköjen määrästä. Esimerkiksi ohennettu hydrolysaatti, jonka DE on noin 7-13 ja joka on olennaisesti vapaa saostumisesta, voidaan saada ohentamalla hydrolysaattia, jonka kiinteiden aineiden pitoisuus on 32 %, 25 yksiköllä c*u-amylaasia noin 1 tunnin ajan lämpötilassa 91-1°C (so. väliohennusvaiheessa) jota seuraa lisäohennus lämpötilassa 88-1°C.

Kuten yllä on todettu, käsittelyä ^-amylaasi11a (esim. 93-100°C:ssa) seuraavilla prosessiolosuhtei11a on painotettu vaikutus saatavaan ohennettuun hydrolysaattiin ja tästä valmistettuihin sakkaroitui-hin tuotteisiin. On todettu, että yleensä merkittävää konversio-siirapin jäännöksen supistumista valmistettaessa tämä ohennetusta hydrolysaatista saavutetaan annettaessa hydrolyysin jatkua lämpötilassa yli 88°C vähintään 5 minuutin ajan tai kauemmin. Annettaessa hydrolyysin jatkua lämpötilassa vähintään 88°C 10 minuuttia tai kauemmin (sopivasti 15-25 minuuttia), saadaan konversiosiirap-pia, jossa tärkkelysjäännös on vähemmän kuin 0,05 %. Nopeudella, jolla hydrolysaation annetaan jatkua lämpötilassa 85-100°C, on myös painotettu vaikutus ohennetun hydrolysaatin ominaisuuksiin. Nopeasti tapahtuva lämpötilan alentaminen (esim. 5,5°C alle noin minuutissa) on taipuvainen lisäämään konversiosiirapin jäännöstä. Käyttäen asteittaisia tai progressiivisesti kasvavia lämpötila-vähennyksiä sen jälkeen, kun oc-amylaasilla tapahtuva hydrolyysi on aloitettu lämpötilavä1i1lä 93-100°C, tuloksena saatavalla hyd-rolysaatilla on tavallisesti merkittävästi muuttuneet sakkaroitu-misominaisuudet verrattuna hydrolysaattiin, joka on valmistettu käyttäen suurempia alennuksia lämpötilassa. Enenevät alennukset lämpötilassa voidaan toteuttaa askeleittain kuten yllä on selostettu (esim. panoksittain jokaisessa panoksessa ollen progressiivisesti edellistä alempi lämpötila) tai asteittain ja jatkuvasti alentaen hydrolysointilämpötiloja. Vaikka 1,1^C:a minuutissa vähäisemmät keskimääräiset kasvavat alennukset lämpötilassa (esim. ensimmäisten 10 minuutin aikana öc-amylaasilla suoritetun käsittelyn jälkeen) osoittavat ohennetun hydrolysaatin sakkarointiominai-suuksia, keskimääräiset kasvavat vähennykset lämpötilassa (88-100°C) noin 0,3°C minuutissa (sopivasti vähemmän kuin 0,14°C minuutissa) parantaa täten valmistetun osittaishydrolysaatin ominaisuuksia. Ohjelmoimalla huolellisesti lämpötilan alennuksen· nopeus välikLlS' 17 58942 B8-10Q°C, tarvittava <^c-amylaasin määrä voidaan minimoida välille noin 10-15 yksikköä 100 g hydrolysaatin kiinteitä aineosia kohti.

Ohennettujen hydrolysaattien sakkarointi

Ohennuksen jälkeen ohennetun hydrolysaatin pH ja lämpötila säädetään optimiksi entsyymisakkarointia varten halutun konversiosiira-pin saamiseksi. Riippuen halutusta konversiosiirapista, ohennetussa hydrolysaatissa olevaa oc-amylaasia voidaan inaktivoida tai pitää sellaisenaan sakkarointientsyymin aktiivisuuden parantamiseksi ja/tai lisäämiseksi. Keksinnön mukaan valmistetut ohennetut hydrolysaatit ovat saostumattomassa muodossa ja estävät luonnostaan saostumista entsymaattisen sakkaroinnin olosuhteissa. Ohennetuista hydrolysaateista valmistetut konversiosiirapit osoittavat tällöin merkittävästi parantunutta suotautumisnopeutta verrattuina ohennetuista hydrolysaateista valmistettuihin siirappei-hin. Sakkaroitumisnopeudet ja saaliit kasvavat sakkarointiin tarvittavan entsyymimäärän samanaikaisesti supistuessa käytettäessä tämän keksinnön mukaista ohennettua hydrolysaattia.

Konvertoituja sokerituotteita, jotka ovat olennaisesti vapaita saostuneesta tärkkelyksestä ja joilla on haluttu kokoomus ja sokeripitoisuus, voidaan saada suoraan ohennetusta hydrolysaatista käyttäen sopivaa sakkarointientsyymiä ja halutun tuotteen valmistukseen välttämättömiä olosuhteita. Tällöin tavanomaisia sakka-rointiolosuhteita ja entsyymivalmisteita voidaan käyttää valmistettaessa konvertoituja sokerituotteita, jotka sisältävät halutun koostumuksen vi1jasiirap in aineosia, kuten dekstroosia, dekstrii-niä, maltoosia, maltodekstriiniä, suuri- ja alhaismolekyylipainoi-sia polysakkarideja.

Esillä olevan keksinnön mukaiset hydrolysaatit ovat erityisen soveliaita käytettäväksi lähtöaineina valmistettaessa dekstroosin kon-versiosiirappeja. Valmistettaessa tällaisia dekstroosin konversio-siirappeja mitä tahansa sellaista glykoamylaasivalmistetta voidaan käyttää, joka saa tavanomaiset ohennetut hydrolysaatit sakkaroitu-maan ohennetuksi hydrolysaatiksi. Esimerkkejä glykoamylaasivalmis-teista ovat (usein amyloglukosidaasit) valmisteet, jotka sisältävät Aspergillus, Clostridium, Mucor ja Rhizopus genera-mikro-organis-meista saatuja entsyymejä. Sellaiset glukoamylaasivalmisteet, jotka on jalostettu tai muunnettu muuttamaan transglukosuloosiaktiivi-suutta, ovat erityisen soveliaita käytettäviksi haluttaessa saada 18 58942 konversiosiirappia, jolla on korkea dekstroosipitoisuus. Esimerkillisiä sakkarointiolosuhteita ja/tai glukoamylaasivalmisteita, jotka hidastavat transglukosulaasiaktiivisuutta, on selostettu U.S.-patenteissa 2.881.1 15, 2.893.921 , 3.012.944, 2.967.805, 2.970.086, 3.329.578, 3.197.338, 3.137.639, 3.067.108, 3.303.102, 3.047.471, 3.039.936, 2.967.804 jne. Haluttessa muitakin entsyymejä, kuten amylo-1,6-glukosidaasia (esim. R-entsyymit-isoamylaasi-pullulanaasi jne.) voidaan käyttää suorittamaan ohennettujen hyd-rolysaattien konversio dekstroosiksi.

Ohennetun hydrolysaatin sakkarointiin dekstroosiksi käytettävän glukoamylaasin määrä on riippuvainen monista tekijöistä, kuten (1) entsyymi valmisteen tehosta, (21 sakkarointiolosuhteista (esim. lämpötila, kiinteiden aineiden pitoisuus, pH jne.), (3) halutusta konversioajasta, (4) entsyymi- ja prosessi kustannuksista jne. Käytettäessä tavanomaisia määriä glukoamylaasivalmistettu, on todettu, että halutun siirapin valmistukseen välttämätön kokonais-konversioaika supistuu olennaisesti käyttämällä tämän keksinnön mukaisia ohennettuja hydrolysaatteja (esim. noin 20-30 %:n supistus konversioajassa). Samaten todetaan olennainen supistus sakka-rointiin tarvittavan entsyymin määrässä käyttämällä tavanomaisia sakkarointiolosuhteita ja konversioaikoja yhdessä supistetun glu-koamylaasin annostuksen kanssa. Riippuen halutusta tavoitteesta, dekstroosipitoisuudeltaan (kuivia aineosia) noin 90-06 p-% konver-siosiirappeja saadaan tavallisesti sakkaroimalla ohennettua hyd-rolysaattia noin 500-1000 yksiköllä glukoamylaasivalmistetta 100 g ohennetun hydrolysaatin kiinteitä aineosia kohti. Konversiosiirap-peja varten, joilla on alhaisempi D.E. ja/tai dekstroosipitoisuus, voidaan käyttää vähemmän glukoamylaasiyksiköitä ja/tai lyhyempää konversioaikaa.

Käytettäessä haluttua glukoamylaasivalmistetta ohennetun hydrolysaatin pH ja lämpötila säädetään optimiin ja sakkaroitumisen annetaan mennä loppuun. Havainnollinen sakkaroitumislämpötila (riippuen glukoamylaasivalmisteesta) on noin 50-70°C, optimilämpötilan useimmille glukoamylaasivalmisteille ollessa noin 54-60°C. Vastaavasti käytetään sakkarointientsyymin tavanomaisia sakkarointi-pH:n arvoja (esim. noin 3,8-5,0, mutta tavallisesti noin 4,0-4,3). Sopivissa olosuhteissa haluttu sakkaroitumisaste voidaan saavuttaa 30-100 tunnin aikana ja edullisinta on käyttää noin 60-72 tunnin konversioaikaa.

19 5894 2

Keksinnön mukaiset ohennetut hydrolysaatit ovat soveliaita myös sellaisten konversisiirappien valmistukseen, joiden dekstroosi-pitoisuus on ennaltamäärätty ja rajoitettu ja käymissokeri- ja/ tai oligosakkaridipitoisuus suhteellisen korkea. Erityisiä kon-versiosiirappeja [joita on selostettu U.S.-patentissa 3.137.B39, Hurst T.L. et ai) voidaan valmistaa ohennetusta hydrolysaatis ta entsyymisysteemin kautta, joka koostuu diastaasista (es im. /2)-amy-laasista <=<--amylaasin kanssa tai ilman tätä) ja glykoamylaasista. Samaten sellaisia koversiosiirappsja, joilla on korkea maltoosi-ja/tai oligosakkaridipitoisuus yhdessä rajoitetun dekstroosipi-tpisuuden kanssa [esim. vähemmän kuin 25 %, sopivimman vähemmän kuin 10 %), voidaan saada ohennetuista hydrolysaateista käyttäen entsyymivalmistetta, johon kuuluu diastaasia (esim. sieniperäistä oc-amylaasia ja/tai /2-amylaasia ) ja amylo-1,6-glykosidaasia (esim. R-entsyymi, isoamylaasi, pullulanaasi jne.). Samaten viljasiirap-peja, joilla on vaihtelevia pitoisuuksia dekstriiniä, maltodekstriiniä, korkeampia ja alempia polysakkarideja, maltoosia ja deks-troosia D.E.-arvon ollessa noin 18-35 (esim.ct-amylaasi osittais-hydrolysaatin osittaiseen hydrolysoimiseen, voidaan käyttää. Kaupallisissa konversiosiirapin tuotanto-olosuhteissa ohennetut hyd-rolysaatit tekevät tällöin mahdolliseksi konversiosiirapin valmistajille valmistaa konversiosiirappia, jonka sokeri koostumus on tasaisempi ja vakioisempi verrattuna tavanomaisista ohennetuista hydrolysaateista saatuihin siirappeihin.

Ohennettu hydrolysaatti tekee mahdolliseksi kaupallisille siirapin valmistajille valmistaa konversiosiirappeja heikommissa prosessi-olosuhteissa (esim. sieniperäisellä <=<-amylaasilla ja /3-amylaasil-la), joissa on optimiaktiviteetti alemmalla pH-tasolla (4,5-5,0) verrattuna happo-ohennettuihin siirappeihin, jotka tarvitsevat pH:n 5,5-6,0 maksimaalista aktiviteettia varten.

Esimerkki 1 A. Osittaishydrolysaatin valmistus

Muuntamattomasta viljatärkkelyksestä valmistettuun 32 p-% vesiliete pH:ssa 4,2. Liete pumpattiin nopeudella 9,5 dm minuutissa höyry-suihkukuumentimen lävitse, jollainen on kuvattu U.S.-patentissa 3.101.284 ja jota käytettiin lämpötilassa 158°C 517 kPa:n höyryn-paineessa (absol.). Tuloksena saatavaa tahnaa pidettiin putkeessa, joka oli yhdistetty höyrykuumentimeen noin 158°C:n lämpötilassa ja 20 58942 noin 320 kPa:n paineessa noin 8 minuuttia. Heti ennen tahnan päästämistä tyhjiö-jäähdyttimeen, se neutraloitiin pH-arvoon 0,5 3,1-molaarisella ka Isiumhydroksidi1iuokse1la. Neutraloitu tahna jäähdytettiin sitten nopeasti noin 99°C:n lämpötilaan. Tuloksena saatu osittaishydrolysaatti oli olennaisesti vapaa tärkkelysrakeista ja saostuneesta tärkkelyksestä. Hydrolysaatin viskositeetti oli 600 cps määrättynä "Brookfield”-viskosimetri1lä lämpötilassa 95°C pyörijällä numero 1, jota käytettiin nopeudella 20 rpm. Osittaishydrolysaatti analysoitiin kupari numero kokeen (Industrial Engineering Chemistry, Analytical Ed., vai. 13, s. 616, Farley & Hixon, 1941] mukaisesti ja sen D.E.:ksi todettiin 0,4.

B. Ohennetun hydrolysaatin valmistus

Saatuun osittaishydrolysaattiin lisättiin 25 yksikköä e*-amylaasia 100 g kuivia hydrolysaatin kiinteitä aineosia kohti lämpötilassa 96°C. Jäähdyttämällä hydrolysaattia kontrolloiduissa olosuhteissa vähitellen lämpötiloihin 94°C, 92°C ja 85°C vastaavasti 5, 12, 23 ja 180 minuuttia oi-amylaasin lisäämisen jälkeen ("Ban 120", Novo Industri], saatiin ohennettu hydrolysaatti, jonka D.E. oli 9,0 (Analytical Method E-26, Standard Analytical Method of the Member Companies of Corn Refiners Assoc., Inc., 3. Ed., First Revision 52768]. Ohennettu hydrolysaatti oli olennaisesti vapaa tärkkelysrakeista ja saostuneesta tärkkelyksestä, kuten todettiin keltaisesta väristä käsiteltäessä ohennettua hydrolysaattia tärkkelys-jodidikokeella Standard Analytical Method E-60.

C. Dekstroosin konversiosiirapin valmistus

Runsaasti dekstroosia sisältävää konversiosiirappia valmistettiin ohennetusta hydrolysaatista. Valmistettaessa konversiosiirappia, käytettiin tavanomaista dekstroosikonversiolaitteistoa pitäen sii-rappiaineen pH 4,0:ssa ja lämpötila 60°C:ssa. 72 tunnin sakka- roinnin jälkeen 900 yksiköllä glukoamylaasia (glukoamylaasi-75,

Novo Industri) 100 g kuivia hydrolysaatin aineosia kohti, sakka-rointi täydennettiin sen jälkeen hiilikäsittelyllä ja suodatuksel- 3 la. Konversiosiirapin suodatettavuus määrättiin lisäämällä 400 cm :n näyte konversiosiirappia lämpötilassa noin 77°C Buchner-suppiloon, joka oli päällystetty hiilikerroksella, (kerrokseen käytetty 2,32 g hiiltä Darco s-51 100 ml:ssa vettä, suodatinpaperi 9,0 cm Whatman 2], ja yhdistettiin vesi-imuriin ja mi tatti in. ai ka, joka\täf- 21 58942 vittiin tietyn tilavuusyksikön kerääntymiseen kalibroituun pulloon.

Annettuna ajanjaksona saadun suodoksen perusteella konversiosiira- . . 2 pin suotautumisnopeuden todettiin olevan 1020 1/m suodatinväli-ainetta tunnissa. Tuloksena saatu konversiotuote analysoitiin kiinteiden aineosien paino-osuuden määräämiseksi a 1kukäsittelemä 1lä 3

Buchner-suppilo 5,0 g:lla ”Hyflo”-suodatinta, suodattaen 250 cm 3 konversiosiirappia, pesten saatu kakku 50,0 cm :11a vettä, kuivaten pesty kakku uunissa 63-71°C:n lämpötilassa, vähentäen "Hyflori"-paino saadusta kuivatun suodatinkakun painosta ja jakaen tämä arvo 3 kuivien aineosien painolla, joka saatiin toisesta 250 cm :n määrästä konversiosiirappia. Konversiosiirappi analysoitiin myös kiinteiden aineosien tilavuusosuuden määräämiseksi sentrifugoi- 3 3 maila 15 cm näyte konversiosiirappia 15 cm :n sentrifugiputkes-

sa 20 minuutin ajan maksiminopeudella sentrifugilla "Model 65Θ28 H

International Laboratory Centrifuge".

Liukenemattomien aineosien paino-osuuden määrääminen antoi liukenemattomaksi jäännökseksi 0,5 p-% liukenemattoman tärkkelyksen määrän ollessa tällöin olennaisesti 0. Kokeessa liukenemattomien aineosien tilavuusosuuden määräämiseksi ei todettu havaittavaa määrää liukenemattomia aineosia. Analyyttisen menetelmän Analytical Method E-26 mukaan konversiosiirapin D.E.-arvo oli 98. Dekstroosin kiinteiden aineosien osuus oli 96 % määrättynä menetelmällä Analytical Method E-24.

Esimerkki 2

Prosessiolosuhteet ja osittaishydrolysaatin, samoin kuin ohennetunkin hydrolysaatin ominaisuudet ovat tärkeitä tekijöitä valmistettaessa kaupallisesti soveliasta konversiosiirappia, jolla on korkea dekstroosipitoisuus. Tämä esimerkki havainnollistaa pro-sessimuuttujien vaikutusta prosessin helppouteen ja saatavien dekstroosin koriversiosiirappien ominaisuuksia valmistettaessa osittaishydrolysaattia ja ohennettua hydrolysaattia. Kokeiden A-K olosuhteet, joita käytettiin valmistettaessa ohennettuja hyd-rolysaatteja ja dekstroosin konversiosiirappeja näistä, on esitetty taulukossa 1. Taulukossa on myös esitetty otsakkeen "os'it-taishydrolysaatti" alla myös vesilietteen fysikaaliset ominaisuudet (esim. kiinteiden aineosien pitoisuus ja pH), höyrysuihku-kuumentimen olosuhteet, viipymäaika reaktiotilassa olennaisesti samoissa paine- ja lämpötilaolosuhteissa, kuin käytettiin höyry- v<r " 72 58942 suihkukuumentimessa, ja pH:n säätö 3,0-molaarise1la kalsiumhyd-roksidilla välittömästi ennen nopeata jäähdyttämistä. Neutraloinnin jälkeen jokainen koe-ero jäähdytettiin nopeasti ja alkukäsiteltiin oC -amylaasilla.

Kokeissa A-K osittaishydrolysaattien D.E.-arvot .olivat vähemmän kuin 1,0. Osittaishydrolysaattien D.E.-arvot kokeessa G ja H olivat 0,7 ja 0,5 sekä kokeissa I-K vähemmän kuin noin 0,5. Osittaishydrolysaattien viskositeetit kokeissa A, G, H, I, J ja K olivat vastaavasti 1600, 200, 200, 330, 600 ja 300 cps.

Lämpötilat, joissa koe-erät A-K alkukäsiteltiin <ec-amylaasilla, on esitetty taulukossa 2. Samaten käytetyt oc-amylaasiyksikkö-määrät on myös esitetty taulukossa 2 otsikon alla "alkukäsittely oc-amylaasi1la”. Aika-lämpötila riippuvuus oc-amylaasihydrolyy-sin 50 ensimmäisen minuutin aikana jokaisessa kokeessa on esitetty käyrillä oheisessa piirustuksessa.

Kuten piirustuksessa on esitetty käyrä A esittää osittaishydroly-saattia, joka on alkukäsitelty oc-amylaasilla lämpötilassa 98°C. Käyrällä A hydrolyysi pidettiin lämpötilassa 98°C 1 minuutti alku-käsittelyn jälkeen <pc-amylaasilla. Aikavälillä 1-3 minuuttia hydrolyysi jäähdytettiin lämpötilaan 93°C välillä 3-9 minuuttia (hyd-rolyysin aloittamisen jälkeen exi-amylaasi1la) käyrän A esittämä hydrolysaatti jäähdytettiin edelleen asteittain lämpötilaan 91°C. Käyrän A esittämä hydrolyysi jäähdytettiin sitten asteittain lämpötilasta 91°C lämpötilaan 88°C. Noin 11 minuuttia hydrolyysin aloittamisen ^-amylaasilla, käyrän A esittämä aine oli saavuttanut lämpötilan 88°C. Sen jälkeen hydrolysaattia jäähdytettiin jatkuvasti (11-39 minuuttia) lämpötilaan 87°C. Aikavälillä 39-189 minuuttia «=<-amylaasihydrolysaatti pidettiin lämpötilassa 88-1,7°C, jonka jälkeen hydrolysaatin pH asetettiin arvoon 4,0 ja se jäähdytettiin lämpötilaan 60°C. Saadun jäähdytetyn ohennetun hydrolysaatin D.E.-arvo oli 9,0. Runsaasti dekstroosia sisältävä konver-siosiirappi valmistettiin sitten kokeen A ohennetusta hydrolysaa-tista.

Piirustuksen mukaisesti, käyrien B, C, D ja E esittämät osittais-hydrolysaatit alkukäsiteltiin oc-amylaasilla lämpötilassa noin 96°C ja jäähdytettiin asteittain lämpötilaan 95°C yli 5 minuutin väliajalla. Käyrän B esittämä hydrolysaatti jäähdytettiin vähitellen lämpötilaan 93°C (8 min alkukäsittelyn ja Ikeen oc. - amy laasi 1 la) .

23 58942 Käyrillä C, D ja E on samat lämpötila- ja aikakoordinaatit 10 minuutin ajan. Kukin esitetyistä hydrolysaateista on tänä aikana jäähdytetty vähitellen lämpötilaan 94°C. Käyrän C esittämä hydro-lysaatti jäähdytettiin vähitellen lämpötilasta 94°C lämpötilaan 91°C aikavälillä 10-13 minuuttia. 10 minuutin aikavälien jälkeen käyrien D ja E esittämät hydrolysaatit jäähdytettiin vastaavasti hitaammin, kuten piirustus osoittaa. Käyrien B ja C; C ja D; ja B, C, D ja E lämpötilakoordinaatit vastaavat toinen toistaan 13, 16 ja 25 minuutin kohdalla.

Käyrä F esittää osittaishydrolysaattia, joka on alkukäsitelty suuremmalla määrä 1 lä <=<>-amylaasia (43 yksikköä) lämpötilassa 95°C ja jäähdytettiin 45 sekunn.issa alle 93°C:n lämpötilaan ja jäähdytettiin edelleen vähitellen lämpötilasta 93°C lämpötilaan 60°C yli 45 minuutin aikavälillä, jonka jälkeen ohennettu hydro-lysaatti sakkaroitiin konversio-olosuhteissa, jotka olivat olennaisesti yhdenmukaiset kuin kokeessa A. Käyrien G ja H esittämät hydrolysaati alkukäsiteltiin ^-amylaasilla lämpötilassa 96°C antaen molempien hydrolyysien sen jälkeen jatkua kahden minuutin ajan. Sen jälkeen käyrien G ja H esittämät hydrolyysit jäähdytettiin nopeasti lämpötiloihin 88°C ja vastaavasti 85°C ja pidettiin näissä lämpötiloissa kunnes ohentaminen oli suoritettu loppuun.

-=>£·-amylaasilämpötilakäyrät kokeissa I ja 3 ovat yhdenmukaisia toinen toistensa kanssa hydrolyysin 50 ensimmäisen minuutin aikana.

Piirustuksessa esitetyt käyrät kuvaavat kokeiden A-K 50 ensimmäistä minuuttia. Halutut ohennetut hydrolysaatit saatiin hydrolysoimalla hydrolysaattia edelleen ^-amylaasilla. Kokeissa H ja K ohennuksen ensimmäinen vaihe (esim. 50 minuutin jälkeen) suoritettiin lämpötilassa 85°C noin 180 minuutin lisäajan aikana (esim. 230 minuutin aikukäsittelyn jälkeen o*--amylaasilla). Myöhemmät vaiheet, joita käytettiin hydrolysaattien valmistuksessa, ovat seuraavat:

Taulukko 1

Koe_Lämpötilat °C_Hydrolyysiaika yli 50 min.

B 88 50-150 minuuttia C 88 50-132 D 88 50-132 E 88 50-120 G 88 50-180 I 91 50-60 88 60-120 3 91 50-60 88 60-120 K 87 60-180 24 58942

Kokeissa A-K saatujen ohennettujen hydrolysaattien D.E.-arvot on esitetty taulukossa 2,

Kokeissa A-K ohennettujen hydrolysaattien pH:t asetettiin sen jälkeen arvoon 4,0 ja ne jäähdytettiin lämpötilaan 60°C. Dekstroosin konversiosiirapit saatiin sakkaroimalla ohennetut hydrolysaatit glukoamylaasi1la. Kokeissa A, F, G, H, I, J ja K käytettiin 72 tunnin konversioaikaa, kun taas kokeissa B, C, D ja E sakkarointi suoritettiin 65 tunnissa. Jokaisessa kokeessa käytettiin 900 yksikköä glukoamylaasia 100 g ohennetun hydrolysaatin kiinteitä aineosia kohti. Sen jälkeen kun sakkarointi oli suoritettu loppuun, saaduista konversiosiirapeista analysoitiin D.E., dekstroo-sipitoisuus, kiinteiden aineosi.en määrä (joka kiinteiden aineosien tilavuusosuus tai paino-osuus 1, jotka on esitetty taulukossa.

».v '' ,! I b 58942 c tro o\° cm rx n o :0 i ... c r-j QJ <r- t- O n * c I 0 > * :0 :0 :0 0 ^ w a 0 :S o\» 1 ' ' . V V s O ^ (0 p :0 I Pi ϊ = 1 ^ xC xC CD O ,, Ο _*:·-}··—I I I I σ r-4 r-4 E ω-*-5 m -p tj 0 I-· :0 · :(0 :(0 ·η 0 10 Q) :ω >1 .r-j o "“J +5 <- f-l

- c yj;H

03 (v, cniootocDcncoinocouD 0 o •H 3 ........... e ω co w o LnincDLntninun^Ln^tD 3 c ·

£_ι·η oV> cncncncocncncncocDcncj! 3 CT TJ

(ΰ <0 Q) ω >c CO OCOOUI^i-CMCnLnOlDCO O Qi c-m - ........... xc γ oE lu [\rvaocor^rvrv.toi^rv.rv _c pi-· p o q cncncncncncncncncncncn ·η o'h -—--------- CO U I- •r-4 ^+-

4j CO

-P *H

(0 O -H CO

3 (0 Pi -P 0) p ω , _ "e!

4-) >, (DOC

D) H . CO Pi (0 c ° ® _ g-

C C · (0 (0 E

OJO UJ COOlCDOtOOCMCOOCJCO r-1 ·ΗΟ _c >, · ........... *H coo

>3jO □ OlOUlUl'iOl/lNlDNN -P O

*— ^— ΐ— *— ^— *— :0 0 C-i

______ _____— CL C CD

Ln! E -h -O

>,1 :(0 (0 E

r-4 -rt -rt -g r-4 QJ

m cdujIh ιηιηιηιηιηΓηιηιηιηιηιη :toE

-P 0 p ;q Μτ-Γ-Γ-τ-ή-ΝΝΝΝ'· (0 -P

4J ο >- p: ·η qj •H r-l 0)-(= to > 0 -p -p

:0 E I *} 0 C I

pi 0 :0 ID -H M- S

3 I CL O m ·Η O I

p OS'-1 aocncncncrjLnLnLncDUDco a) pi

r-4 0 :0 -H 0)01010)0)0)0)0)01010) c TJ

<r _14-) -H CO

0 ·Η XZ

---------- CL -P 4-) 0 ω (T) 0 0 ΣΙ I 0 0

0 -r4 0 >) —I

Li -P 0 1—10 4-) c oaocncncnocjooo E oo

3t4 .........* Ό Ch-H

mo x ixLnLninLnccivr^rviv. 0 τι -p 2 —I CL (0 >1 >1 0 -H r-l jC 1—( 1 4_> 4J r-4 0 0

O 0 0 Ή >n C

-H 04 3 CD T) r-i C

_p C 0 -H QJ

p 0 . OOOOOOOOOC31D C-H0 Pi O

0 1—) c ........... QJ 0 Pi Pit-.

p-c qj -(-e -π aoooooocococoejtD Eco ¢-10

-p Qi -P X N (N N N (M 3 C C 0 :0 TJ

4J 3 m TJ H -p C

0 ή 0 ocDCDtocDcDoarsirvCM pc .π >, r-ι 0 0 e 0 cl cocoaococococnqjcDT-cc) 3 0 jz ·η W) 4p ^ 1, cl2 p E0 cn >3 jC 0 3 0 0 r-4 p -r-4 0 *rl 0 O CD ^

03CICJ 3 0 0 r-4 t- CM N

t. pC ·η :o O I 0 0 1—I >1 I I

tj jzccLm r^c\ifM(\irM(Nr^-rv.uDcocD 0 0 E -p lu UJ

>*hc£lB cnLDLninLninLnLnLninLn c 0 pc 0 =o

XZ 3 Q) :0 -Η 0·Η I Pi TJ "O

0 {/) E 3 4-) c Pi 0 >> -H O O

H c -P r-4 Q 0 -C JC

0 QJ 3 i-H Pi -P -P

4J CL 0 >1 >1 QJ 0 ψ) ·γ) 0 I—I ·Η - Σ -r-t -P 0 -1-4 QJ 0 tol 0 Pi C-t -P 0 r-4 I—) O 0 0(Ν(ΝΙ!\Ι(ΝΓΜ00000 :0.p0-P000

βφ ........... E00-r4r-4OO

r-4 4- I CMOOOOOCMCNCMCNCM :θ :0 r-l 0 >i -r4 t4 m a mcnmcocomrocommcn -p £ 0 :0 £ -p +) p QJ -p >, £ P 0 >1 >1 p 4-) -H Q. I 3 I r-4 r-4 C QJ OOCDOOCDOCnOCNJO r-4 ·γ4 C3 Pi P 00

:0 -P X ........... :0-H*r-4^CC

(— r-4 CL >T'3-<T«q}-^3-CTJ^3-'T'T"T'T >>C00 <C <

03 I I I I I I I

j <CCDC_JQLLIU_C3X)—40^ r f\l (Q 4J LO (O N

’ f

?.B

58942 □n huomattava, että paino-osuuksien ja tilavuusosuuksien arvot yllä olevassa taulukossa eivät koske ainekokoomuksia. Paino-osuuksien arvot tarkoittavat kaikkia konversisiirapissa olevia liukenemattomia aineita. Tällöin taulukoiden paino-osuuksien määrät eivät tarkoita ainoastaan liukenemattomia tiii lihydraatteja (esim. molekyylipa! noitaan raskaampia polysakkarideja, kuten saostunut ja rakeinen tärkkelys) vaan tarkoittavat myös liukenemattomia lipidi-aineita ja valkuaisaineita (jos näitä on läsnä). Kokeiden G ja H konversiosiirappien paino-osien tarkempi analysointi osoitti vastaavien molekyylipainoltaan raskaampien polysakkaridien painomää-räksi noin 0,7 ja 1,2. Kokeet G ja H antoivat positiivisen tuloksen tärkkelyskokeessa käytettäessä standardijodidikoetta. Sitä vastoin kokeen I konversiosiirappi muodostui pääasiassa lipidiai-neesta ja antoi ominaisen keltaisen värin jodidikokeessa.

Taulukossa esitetyt "tilavuusprosentti"-arvot osoittavat tarkemmin molekyylipainoltaan taskaampien sakkaridien pitoisuutta konversio-siirapeissa. Jos konversiosiirappi sisältää liukenematonta valkuaisainetta, valkuaisaine myös saostuu liukenemattoman sakkaridi-aineen kanssa sentrifugin koeputkessa. Koska kokeissa A-K käytetyt tärkkelyslietteet olivat vapaita valkuaisaineista (näistä esiintyi ainoastaan jälkiä) tilavuusosuuksien arvot, jotka on esitetty taulukossa, eivät ole sellaisen valkuaisaineen vääristämiä.

Kokeissa G, H, I ja J saatujen konversiosiirappien suodatettavuus määrättiin tavanomaisella suotopuristimella ja suodatettavuuksiksi 2 todettiin vastaavasti 191 1, 122 1, 1020 1 ja 1300 1/m suodatin- väliainetta minuutissa suodatettaessa noin 38-151 1 suodosta 9,3 2 dm suuruisen suodatinväliaineen lävitse. Kokeiden F ja K suo-tautumisnopeudet määrättiin esimerkin 1 suodatusmenetelmällä ja ne olivat verrano11 isiä ainakin kokeessa I. Kokeissa A, B, C ja D käytettiin myös nopeaa suodatusta (esim. yli 102Ö 1/m minuutissa). Vaikka kokeiden G ja H konversipsiirapei1la oli suhteellisen korkea D.E. ja dekstroosipitoisuus, näitä konversiosiirappeja oli vaikea suodattaa, minkä osoitti suodatettavuudet 4,7 ja vastaa-2 vasti 122 1/m suodatinväliainetta minuutissa.

Kokeiden A-D, F ja I-K ohennetut hydrolysaatit (samaten kuin niistä valmistetut konversiosiirapitkin), olivat olennaisesti vapaita saostuneesta tärkkelyksestä ja tärkkelysrakeista. Jäännöksen tilavuus- ja paino-osuusarvot ylläolevassa taulukossa osoittavat( ,liu- 27 58942 kenemattomien aineosien olennaista puuttumista. Standardissa jodi-dikokeessa näytteet ohennetuista hydrolysaateista ja konversiosii-rapeista kokeissa A-D, F ja I-K antoivat negatiivisen tuloksen (so.: näyte oli keltainen ja vapaa tärkkelyksen läsnäolon osoittavasta sinisestä, punaisesta ja/tai ruskehtavasta väristä). Kokeiden G ja H ohennetut hydrolysaatit ja konversiosiirapit antoivat jodidikokeessa luonteenomaisen sinisen värin, joka osoitti joko saostuneen tai liukenemattoman tärkkelyksen läsnäolon.

Ensisijainen syy saostuneen tai liukenemattoman tärkkelyksen läsnäoloon kokeiden G ja H ohennetuissa hydrolysaateissa ja konversio-siirapeissa johtui ohennetun hydrolysaatin valmistukseen käytetyistä prosessiolosuhteista. Lämpö.ti la-aika-käyrien vertailu piirustuksessa osoittaa, että kokeiden G ja H ohennetut hydrolysaatit alkukäsiteltiin ^c-amylaasi1la 2 minuutin ajan lämpötilassa 95°C, jota seurasi nopea jäähdytys ja hydrolyysi edelleen lämpötiloissa o o 8B C ja vastaavasti 85 C. Toisin kuin kokeissa G ja H, kokeiden A-D, F ja I-K ohennetut hydrolysaatit alkukäsiteltiin o^-amylaa-silla ja jäähdytettiin vähitellen sallien hydrolyysin tällöin jatkua ylipitkän ajan (esim. vrt. kokeiden A-D, F ja I-K aika-lämpö-tila-käyriä kokeiden G ja H vastaaviin käyriin piirustuksessa.

Verrattaessa kokeisiin G ja H, kokeen E konversiosiirappi osoittaa huomattavasti nopeampaa suodatettavuusnopeutta. Kokeen E konver-siosiirapin suodatettavuusnopeus oli huomattavasti alhaisempi kuin kokeiden A-D, F ja I-K suodatettavuusnopeudet. Liukenemattomien aineosien määrä kokeessa oli myös huomattavasti suurempi kuin kokeissa A-D, F ja I-K (esim. vrt. jäännöksen tilavuusosuutta taulukossa). Kokeen E konversiosiirappi antoi jodidikokeessa tärkkelyksen toteamiseksi ruskean-punaisen värin. Periaatteellinen syy siihen, että kokeessa E ei saatu korkea-asteista suodatettavatta, oli oc-amylaasin inaktivoituminen tärkkelyshydrolysaatin ohentami-sen ensimmäisen vaiheen aikana, oc-amylaasin inaktivoituminen olisi voitu korjata joko alentamalla lämpötilaolosuhteita tai kohottamalla käytetyn oc-amylaasin määrää.

Kokeessa F hydrolysaatin ohentamiseen käytetyn co-amylaasin määrä oli olennaisesti korkeampi kuin toisissa kokeissa valmistettaessa konversiosiirappeja, joilla oli korkea suodatettavuus. Kokeen F hydrolysaatti eroaa jonkin verran näistä kokeista siinä, että hydrolysaatti jäähdytettiin nopeammin ja saatettiin lyhyemmäksi o. i a _ o J — o x s e mo a a π 1 ä mpötilaan halutun ohennetun· hydrolysaatin 2 8 58942 saamiseksi. Kokeen F konversiosiirappi oli olennaisesti vapaa saostuneesta tärkkelyksestä ja liukenemattomasta tärkkelyksestä (esim. raemainen tärkkelys) samaten kuin kokeet A-D ja I-K. Toisin kuin kokeissa G ja H (jotka sisälsivät olennaisia määriä liukenematonta tärkkelystä), kokeen F ohennettu hydrolysaatti valmistettiin asteittain ja enevästi vähenevässä lämpötilassa. Sitä vastoin kokeissa G ja H lämpötila alennettiin nopeasti.

Kokeiden B-D ja K lämpötilakäyristä huomataan, että tarkoituksenmukaiseen hydrolysaatin ohennusvaiheeseen kuuluu keino olennaisesti supistaa halutun ohennushydrolysaatin valmistukseen välttämättä tarvittavan -amylaasin määrää.' Koe 0 esittää havainnollisesti loistavia ohennusolosuhteita haluttaessa pitää «^-amylaasia suhteellisen alhaisella tasolla. Kokeessa C tarvittava c^-amylaasin määrä olisi voitu supistaa huomattavasti alle 15 yksikön estäen kuitenkin saostuneen tärkkelyksen muodostuminen.

Tämän keksinnön mukaan valmistetun ohennetun hydrolysaatin pitäisi olla olennaisesti vapaa tärkkelyksestä tutkittuna standardilla jodidikokeella. Ohennetuista hydrolysaateista valmistetuilla kon-versiosiirapeilla, jotka antavat purppuran tai sinisen värin, on ominaisesta huono suodatettavuusnopeus. Punaisen tai ruskean värisistä (sopivimmin vähintään ruskean värisistä) ohennetuista hydrolysaateista valmistettujen konversiosiirappien suodatusnopeu-det ovat merkittävästi suurempia kuin sinisen ja purppuran värisistä hydrolysaateista valmistetuilla konversiosiirapeilla. Ohennetulla hydrolysaati1la, joka antaa keltaisen värin tärkkelyksen jodidikokeessa, antaa konversiosiirappeja, joilla on odottamattoman hyvät suodatusominaisuudet.

Esimerkki 3

Useita tuotteita, jotka tunnetaan alalla "maltodekstriineinä" valmistettiin samalla tavoin ja samoilla laitteilla kuin esimerkissä 1. Vesiliete, jota käytettiin maltodekstriinituotteen valmistukseen, sisälsi paino-osina 1500 osaa kiinteitä tärkkelysai-neita, 2300 osaa vettä ja 0,5 osaa kalsiumdiortofosfaattia. Lietteen pH asetettiin arvoon 3,9 käyttäen 3-N kloorivetyhappoa. Höy-tysuihku- ja reaktiotiloissa käytettiin höyryä paineeltaan 448 kPa. Reaktiot!lasta saatu tärkkelystahna jäähdytettiin nopeasti lämpötilaan 1DC°C ja neutraloitiin 1,1 paino-osalla kalsiumhydroksidia.

58942 29

Neutraloitu tärkkelystahna alkukäsiteltiin sitten 25 yksiköllä ^-amylaasia 100 g kuivia tärkkelyksen kiinteitä aineosia kohti.

«^-amylaasi1la käsitelty tahna jäähdytettiin vähitellen kontrolloiduissa olosuhteissa saadulla hydrolysaatilla lämpötiloissa noin 91°C, 88°C, 88°C ja 87°C vastaavin 11, 14, 16, 25 minuutin ajanjaksoin entsyymihydrolyysin aloituksesta. Hydrolysaattia pidettiin sitten lämpötilassa 87°C 135 minuutin ajan alkukäsittelyn jälkeen o^-amylaasilla. Hydrolysaatista otettiin sen jälkeen osa erilleen. Otettu osa (myöhemmin "näyte 1") kuumennettiin lämpötilaan 98°C ajanjakon, joka oli riittävä inaktivoimaan siinä olevan <=<--amylaasin. Sen jälkeen näytteen 1 pH asetettiin arvoon 4,0 3-N kloorivetyhapolla ja näyte suodatettiin.

Jäljelle jäänyt hydrolysaatti pidettiin lämpötilassa 87°C ja käsiteltiin 5,7 yksikön suuruisella lisämäärällä «^-amylaasin 100 g tärkkelyshydrolysaatin kiinteitä aineosia kohti 180 ja 390 minuuttia alkukäsittelyn jälkeen -amylaasi 11a. Näytteet 2 ja 3 otet tiin vastaavasti hydrolysaatista ja käsiteltiin samalla tavoin kuin näyte 1.

Näytteiden 1-3 havainnolliset maltodekstriiniominaisuudet ovat: _Näyte 1_Näyte 2_Näyte 3 D.E. 13.0 14.7 17.8

Sakkaridipitoisuus D.P.1 0.5 0.5 0.7 D.P.2 2.4 3.6 4.6 D.P.3 4.0 6.6 7.6 D.P.4 1.6 1.9 2.9 D.P.g 4.0 4.0 4.2 D.P.g tai enemmän 87.7 83.4 81.0

Kaikki näytteet osoittivat loistavia suotautumis- ja maltodekstrii-niominaisuuksia. Kuten taulukoidut tulokset osoittavat, hydrolysaatti, jolla on etukäteen määrätty D.E.-arvo (esim. ne joiden D.E.-arvot ovat vähemmän kuin 30) ja korkea oligosakkaridipitoi-suus (esim. sisältäen oligosakkaridia, jonka D.P.-arvo (polymeroi-tumisaste) on kuusi tai enemmän, tärkeimpänä aineosana kuivapainon perusteella), voidaan helposti saada käyttäen sopivaa lämpötilaa, hydrolysoitumisaikaa ja tarvittava määrä o^-amylaasia. Tässä esimerkissä käytetty menetelmä on erityisen hyödyllinen valmistettaessa 30 58942 maltodekstriinejä, joiden D.E. on noin 10-22 ja jotka sisältävät vähintään 75 p-% o 1igosakkaridia (kuivia aineosia), jonka G.P.-arvo on kuusi tai enemmän. Yhdenmukaisesti aiemmin esitettyjen tulosten kanssa, halutun alhaisen D.E.-arvon omaavan hydrolysaa-tin valmistukseen on välttämätöntä käyttää merkittävästi pienempi määrä <=<-amylaasia, kuin tavanomaisissa prosesseissa tavallisesti tarvitaan.

. ; t

Claims (14)

1. 31 58942
2. 1. Menetelmä konvertoitujen sokerituotteiden valmistamiseksi, jotka ovat olennaisesti vapaita uudelleenkiteytyneestä tärkkelyksestä, jossa menetelmässä suoritetaan tärkkelyslietteen osittainen hydrolysoin-ti sekä syntyneen tärkkelyksen osittaishydrolysaatin ohentaminen or-amylaasilla siten, että käytetään enintään 40 yksikköä ©c-amylaasia kutakin 100 g:a tärkkelyshydrolysaatin kiinteitä aineosia kohti, tunnettu siitä, että a) tärkkelyksen vesiliete hydrolysoidaan osittain pH:n ollessa 3,6-6,5 kuumentamalla lietettä ylipaineessa ainakin 120°C:n lämpötilassa siten, että muodostuu tärkkelyksen osittaishydrolysaatti, joka on olennaisesti vapaa liukenemattomista tärkkelysrakeista ja jonka D.E. on alle 2,0 ja viskositeetti alle 20.000 cPs, minkä jälkeen pH säädetään välille 5,8-8,5 ja lämpötila välille 93-100°C; b) tärkkelyksen osittaishydrolysaattia hydrolysoidaan edelleen lisäämällä siihen ensin^^amylaasia niin, että kokonaishydrolyysissä tarvittava oc-amy laasimäärä lisätään joko kokonaan tai osittain tässä vaiheessa, ja antamalla hydrolyysin sen jälkeen edetä 93-100°C:n lämpötilassa vähintään puolen minuutin ajan; c) valmistetaan ohennettu hydrolysaatti jäähdyttämällä hydrolysaatti vähitellen lämpotilavälilie 85°C-93°C ja antamalla hydrolyysin jatkua ^-amylaasin vaikutuksesta D.E.-arvoon vähintään noin 5 siten, ettei ohennettu hydrolysaatti anna sinistä eikä purppuraa väriä tärkkelys- jodidikokeessa, ja d) ohennettu hydrolysaatti sokeroidaan sokeroivan entsyymivalmisteen, sopivimmin glukoamylaasivalmisteen avulla.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tärkkelyksen vesiliete pidetään pH:ssa 3,6-5,0 hydrolyysivaiheen (a) aikana.
4. 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään tärkkelyksen vesilietettä, joka sisältää ainakin 30 p-% kuivaa tärkkelysainetta, ja että saadun ohennetun hydrolysaatin viskositeetti on vähemmän kuin 3000 cPs. 1 Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että vähintään puolet ohennetun hydrolysaatin valmistukseen tcirvittavan oc-amylaasin kokonaismäärästä lisätään osittaishyd- rolysaettiin lämpötilassa 93-100°C. 32 5 8 9 4 2
5. 5. Jonkin pate n11ivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että tärkkelyksen vesiliete sisältää 25-50 p-% kuivaa tärkkelysainetta, että vaiheen (a) osittaishydrolysaatin viskositeetti on noin 200-3000 cPs, että osittaishydrolysaattia käsitellään ja hydrolysoidaan aluksi lämpötilassa 93-100°C 0,5-25 minuutin ajan ja että ohennetun hydrolysaatin aikaansaamiseksi 1 isätyn<^<-amylaasin määrä on alle 30 yks ikköä jokaista 100 g:a. tärkkelyshydrolysaatin kiinteitä aineosia kohti.
6. 6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että maa-a1 kaiimetal1in ja aikai imetä 11 in molaarinen ko-konaiskonsentraatio osittaiseen .hydrolyys i i n käytetyssä tärkkelyksen vesilietteessä on alle 0,003 M.·
7. 7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että tärkkelyksen vesiliete ruiskutetaan höyrysuihkukuu-mentimeen, joka toimii lämpötilassa 143-163°C ja paineessa 393-662 kPa (absol.) ja että vähintään yli puolet tarvittavasta^-amylaasista lisätään osittaishydrolysaattiin lämpötilassa 93-100°C.
8. 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että välittömästi höyrysuihkukuumentimessa tapahtuvan tärkkelyksen vesilietteen käsittelyn jälkeen gelatinisoitu liete pidetään viipy-mätilassa ainakin 120°C:n lämpötilassa ja ylipaineessa 1-20 minuutin ajan siten, että saadun osittaishydrolysaatin viskositeetti on alle 1500 cPs ja D.E. alle 1,0.
9. 9. Jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että ohennettu hydrolysaatti käsitellään maltaasivalmis-teella ja muutetaan konversiosiirapiksi, jossa maltoosi muodostaa pääasiallisen aineosan.
10. 10. Jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ohennettua hydrolysaattia käsitellään gluko-amylaasivalmisteella, ja että ohennettu hydrolysaatti konvertoidaan siirapiksi, jonka dekstroosipitoisuus on vähintään 90 % kiinteiden aineosien painosta.
11. 11. Jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että osittaishydrolysaatin alkukäsittelyn ja hyd-rolyysin jälkeen saatua hydrolysaattia käsitellään alenevassa lämpötilassa, joka on välillä 8B-93°C, vähintään 15 minuutin ajan,>jolloin 33 5894 2 saadaan ohennettua hydrolysaatti a, joka on tärkkelysjodi kokeen perusteella olennaisesti vapaa saostuneesta tärkkelyksestä ja tärkkelys-rakeista.
12. 12. Jonkin patenttivaatimuksista 1-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hydrolysaattia käsitellään keskimääräisesti vähemmän kuin 1,1°C minuutissa alenevassa lämpötilassa välillä 07,8-100°C.
13. 13. Jonkin patenttivaatimuksista 1-12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että <x-amylaasin avulla suoritettavan hydrolyy-sin annetaan jatkua siksi kunnes on saatu hydrolysaatti, jonka P.E. on noin 0-30, ja että hydrolysaatin kuiva-aineista suuri osa (painon perusteella) on polysakkarideja, joissa on vähintään 6 sakkaridiyk-sikköä.
14. 14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että saatavan hydrolysaatin D.E. on noin 10-22 ja että vähintään 75 p-% kuivan hydrolysaatin kiinteistä aineosista muodostuu poly-sakkarideistä, joissa on vähintään 6 sakkaridiyksikköä. 34 58942