FI78319B - Staerkelsehydrolys. - Google Patents

Description

7831 9 Tärkkelyshydrolyys i

Keksintö koskee menetelmää tärkkelyksen hydrolysoi-miseksi dekstroosiksi.

5 Tärkkelyksen hydrolysointimenetelmiä on tunnettu monia vuosia, ja niille on tehty lukuisia modifikaatioita ja parannuksia. Yhtenä tavoitteena on ollut saada dekstroo-situote, jonka puhtaus on hyvin suuri, joko konvertoimalla mahdollisimman paljon tärkkelystä dekstroosiksi sivutuot-10 teiden poissulkemiseksi tai erottamalla dekstroosi mahdollisimman tehokkaasti tällaisista sivutuotteista.

Eräs dekstroosin erotusmenetelmä suoritetaan kroma-tografiapylvään tai -kerroksen avulla, jossa vesipitoista tärkkelyshydrolysaattia, sopivasti esikäsittelyn, kuten 15 konsentroinnin, suodatuksen ja/tai värinpoiston jälkeen, absorboidaan pylvääseen, jolloin sivutuotteet kulkeutuvat kolonnin läpi vesipitoisessa raffinaatissa. Sitten dekstroosi desorboidaan eluoimalla vedellä, ja vesi poistetaan osittain tai kokonaan, jolloin saadaan väkevää liuosta tai 20 kiinteää dekstroosia dekstroosin käsittäessä yli 98 % liuoksen kuivista kiinteistä aineista. Yksi kromatografisesta erotusmenetelmästä johtuva ongelma on dekstroosin esiintyminen yhdessä sivutuotteiden kanssa vesipitoisessa raffinaatissa. Raffinaatti voi sisältää jopa 20 paino-% kuivia 25 kiinteitä aineita, jotka voivat vuorostaan olla jopa 80 paino-%:isesti dekstroosia. Raffinaatti kierrätetään tavallisesti uudelleen prosessin aikaisempaan vaiheeseen, mutta tällainen massan uudelleenkierrätys vähentää tehtaan kapasiteettia. Tässä keksinnössä esitetään ratkaisu tähän 30 ongelmaan, ja samalla saadaan lisää etuja prosessiin.

Keksinnön kohteena on menetelmä tärkkelyksen konvertoimiseksi dekstroosiksi, jossa menetelmässä (a) hydrolysoidaan vesipitoinen tärkkelyskoostumus dekstroosipitoiseksi tuotteeksi, edullisesti 45-60°sn läm- 35 pötilassa ja pH:ssa 3,0-4,5 käyttäen glukoamylaasientsyymiä, (b) erotetaan dekstroosi tästä tuotteesta johtamalla 2 7831 9 tuote kromatografiapylvään tai -kerroksen läpi, joka käsittää edullisesti sulfonoidun, silloitetun aromaattisen vinyylihartsin metallisuolaa, dekstroosin absorboimiseksi pylvääseen tai kerrokseen ja vesipitoisen raffinaatin 5 tuottamiseksi, jäsen jälkeen (c) eluoidaan dekstroosi vedellä, jolloin menetelmälle on erikoisesti tunnusomaista, että (d) vesipitoinen raffinaatti käsitellään immobili-soidulla glukoamylaasilla, jolloin glukoamylaasi on edul- 10 lisesti immobilisoitu huokoiselle, heikosti emäksiselle fenoli-formaldehydi-tyyppiselle anioninvaihtohartsille, vesipitoisen dekstroosin sisältävän liuoksen tuottamiseksi, jota käytetään ainakin osaksi eluenttina kromatogra-fiapylvääseen tai -kerrokseen.

15 Keksinnön mukaisen menetelmän vaihe (a) suoritetaan tavanomaisesti. Täten tärkkelys, joka voi olla maissi-, vehnä-, peruna- tai muuta tärkkelystä, gelatinisoidaan ja ohennetaan hapolla tai entsyymillä. Tärkkelyskonsent-raatio on tyypillisesti 20-45 % kuiva-aineesta ja entsyy-20 mi bakteeriamylaasivalmiste.

Ohennettu tärkkelys hydrolysoidaan edullisesti 45-60°C:ssa ja pH:ssa 3,0-4,5 käyttäen glukoamylaasi-entsyymiä. Tällä tekniikalla tuotetaan hydrolysaatti, joka sisältää kuivia kiinteitä aineita, joista 70-98 paino-% 25 on dekstroosia, ja se suodatetaan sopivasti liukenemattomien rasvojen, proteiinien ja tärkkelyksen poistamiseksi ja käsitellään sitten edullisesti jauhemaisella tai rakeisella hiilellä ja/tai ioninvaihtohartseilla vähäisten epäpuhtauksien, värin ja epäorgaanisten tuhkaa muodostavien 30 epäpuhtauksien poistamiseksi.

Dekstroosiliuos on nyt sopivassa tilassa konsentroitavaksi vaiheen (b) kromatografisella käsittelyllä. Liuos sisältää dekstroosin lisäksi polysakkarideja, kuten maltoosia, maltotrioosia ja korkeampia polysakkaride-35 ja. Kromatografiän käyttö dekstroosin ja polysakkaridien erottamiseen ei sinänsä ole uutta, esimerkiksi US-paten- 3 78319 teissä 3 817 787, 4 109 075 ja 4 133 696 on kuvattu menetelmiä polysakkaridien erottamiseksi käyttäen erilaisia tekniikoita, joissa tapahtuu absorptiota ja desorptiota kiinteistä absorbenteista. Voidaan käyttää ekskluusiokro-5 matografiaa, jossa käytetään huokoista absorbenttia sisältävää pylvästä tai kerrosta, jonka läpi dekstroosiliuos lasketaan. Polysakkaridit, joiden molekyylipainot ovat korkeampia, eivät suuremman molekyylikokonsa takia voi diffun-doitua absorbentin huokosiin ja kulkevat täten nopeammin 10 pylvään tai kerroksen läpi. Tämän kaltaiseen ekskluusio-kromatografiaan sopiviin huokoisiin materiaaleihin kuuluvat ioninvaihtohartsit, dekstraani-, agaroosi- ja polakryy-liamidigeelien rakeiset muodot, huokoiset lasihelmet, aktiivihiili tai alumiinioksidi ja kontrolloidut huokoiset 15 keraamiset tuotteet. Edullisia absorbentteja käytettäviksi kromatografiapylväässä tai -kerroksessa ovat ioninvaihtohartsit, esim. kationinvaihtohartsit, erityisesti sulfo-noitujen silloitettujen aromaattisten vinyylihartsien me-tallisuolat, esim. sulfonoidun silloitetun polystyreeni-20 hartsin natrium- tai kalsiummuoto. Silloittaminen voidaan suorittaa divinyylibentseenillä.

Yhtä tai useampaa pylvästä tai kerrosta voidaan käyttää tässä prosessivaiheessa, mutta jatkuvassa toiminnassa käytetään vähintään kahta pylvästä tai kerrosta, 25 joista toista kuormitetaan samalla kun toista eluoidaan. Pylväs tai kerros pidetään edullisesti lämpötilassa 45-70°C, ja dekstroosiliuosta lasketaan läpi, kunnes ko-lonni on täysin kuormitettu ja valmis eluointiin. Toisessa muodossa, joka sopii erityisesti kaupalliseen toimin-30 taan, prosessi suoritetaan jatkuvana käyttäen liikkuvaa absorbenttikerrosta, jossa kerros on stationääri ja liikettä simuloidaan syötön ohjelmoidulla liikkeellä ja poisto-pisteillä nestevirtauksen suunnassa. Tässä prosessimuodos-sa vaihe (d) on suljetun silmukan muodossa, jossa kerrok-35 sesta poistettu vesipitoinen raffinaatti käsitellään immo-bilisoidulla glukoamylaasilla ja palautetaan ainakin osak- 4 7831 9 si kerrokseen. Raffinaattivirta, joka kulkee pylvään tai kerroksen läpi, sisältää dekstroosiliuoksen polysakkaridi-komponentit ja vaihtelevia määriä dekstroosia, jolloin esim. 2-20 paino-% kuivien kiinteiden aineiden painosta 5 sisältää 60-80 paino-% dekstroosia. Aikaisemmin tämä virta uudelleenkierrätettiin takaisin prosessin aikaisempaan vaiheeseen ja käytettiin tärkkelyksen ohentamiseksi ennen hydrolyysiä, ja tavallisesti oli välttämätöntä käyttää erittäin laimeita tärkkelysliuoksia, kun dekstroosilla 10 kuormitettua kromatografista kolonnia tai -kerrosta eluoi-tiin tuoreella vedellä, jolloin saatiin dekstroosipitoinen liuos, joka konsentroitiin haihduttamalla.

Tämän keksinnön mukaan osa kromatografiapylväästä tai -kerroksesta saatavasta raffinaatista tai raffinaatti 15 kokonaisuudessaan syötetään erilliseen pylvääseen tai kerrokseen, joka sisältää immobilisoitua glukoamylaasia, jota käytetään siten, että merkittävä osa polysakkarideista hydrolysoituu dekstroosiksi siten, että entsyymipyl-väästä tai -kerroksesta lähtevän vesiliuoksen kuivista 20 kiinteistä aineista 80-98 paino-% käsittää dekstroosia, dekstroosipitoisuuden ollessa vähintään yhtä suuri kuin se dekstroosipitoisuus, joka on kromatografiapylvään tai -kerroksen läpi vaiheessa (b) lasketun dekstroosia sisältävän tuotteen kuivissa kiinteissä aineissa. Liuosta, joka 25 poistuu glukoamylaasipylväästä tai -kerroksesta, käytetään mahdollisesti vettä lisäämällä sitten eluenttina dekstroo-silla kuormitettuun kromatografiapylvääseen tai -kerrokseen. Toimittaessa tällä tavalla kromatografiapylvään eluointiin vaadittavan tuoteen veden määrä vähenee 10 -30 25 %:iin siitä määrästä, joka vaadittiin tunnetuissa mene telmissä. Glukoamylaasipylväs tai -kerros käsittää glukoamylaasia kiinteällä kantajalla. Tämän kantajan pitäisi olla huokoista, ja se voi olla mikä tahansa kantaja, jota käytetään tavanomaisesti tähän tarkoitukseen. Tietyt 35 ioninvaihtohartsit on havaittu hyvin sopiviksi, erityisesti huokoinen, heikosti emäksinen fenoliformaldehydityypin 5 7831 9 anioninvaihtohartsi on edullinen. Useampaakin tällaista pylvästä tai kerrosta voidaan käyttää tämän keksinnön mukaisessa menetelmässä. Glukoamylaasipylvääseen tai -kerrokseen syötettävän kromatografiapylvään raffinaatin pH sääde-5 tään ensin alueelle 3-5, edullisesti noin 3,5:een lisäämällä sopivaa happoa, esim. vetykloridihappoa, ja 70-200 ppm rikkidioksidia voidaan lisätä sterilisointiaineeksi ja pH-puskuriksi. Glukoamylaasipylvään tai -kerroksen operaa-tiolämpötila on edullisesti 45-75°C, erityisesti noin 50°C, 10 ja raffinaatti lasketaan pylvään tai kerroksen läpi sellaisella nopeudella, joka vaaditaan halutun dekstroosipitoi-suuden saamiseksi pylväästä tai kerroksesta poistuvan liuoksen kiinteisiin aineisiin, pohjautuen sopivaan entsyy-mikuormitukseen kerroksella, esim. 20 yksikköä/ml kantajaa. 15 Glukoamylaasipylväästä tai -kerroksesta lähtevä liuos voi sisältää 1-19 paino-% kiinteitä aineita, joista 80-98 paino-% on dekstroosia, ja sitä voidaan käyttää suoraan kromatografiapylvään tai -kerroksen eluoimiseen, mahdollisesti puhdistuksen, esim. suodatuksen ja/tai värin-20 poiston jälkeen, tai se voidaan varastoida, kunnes sitä tarvitaan tähän tarkoitukseen. Eluointi voi tapahtua esimerkiksi 45-70°C lämpötilassa ja se tuottaa eluaatissa 80-98 paino-% dekstroosia. Dekstroosiliuos voidaan konsentroida haihduttamalla ja kiinteistä kuivista aineista voi 25 olla yli 98 paino-% dekstroosia.

Haluttaessa osa kromatografiapylvään raffinaatista voidaan poistaa joko ennen glukoamylaasipylvästä tai -kerrosta tai sen jälkeen. Tätä tekniikkaa voidaan käyttää, jos oletetaan, että kromatografiapylvään eluointiin käyte-30 tyssä liuoksessa muodostuu sivutuotteita. Liuoksen poistettu osa voidaan uudelleenkierrättää prosessin aikaisempaan vaiheeseen, esim. vaiheeseen (a).

Keksintöä kuvataan nyt edelleen seuraavilla esimerkeillä: 35 Esimerkki 1

Vaihe (a)

Entsyymillä ohennettua maissitärkkelysliuosta, joka 6 78319 sisälsi 30 paino-% kuiva-aineita, hydrolysoitiin sekoittamalla glukoamylaasientsyymin kanssa pH:ssa 3,5 ja 50°C lämpötilassa.

Vaihe (b) 5 Liuos, joka tuotettiin kohdassa (a), sisälsi 32-33 paino-% kuivia kiinteitä aineita, joista 95,5 % oli dekst-roosia ja loput maltoosia, maltorioosia ja korkeampia polysakkarideja, joissa oli 4 tai 5 ja useampia dekstroosiyk-siköitä. Tämä liuos suodatettiin piimään läpi pyörivässä 10 vakuumisuodattimessa, käsiteltiin väriä poistavalla hiilellä ja laskettiin kahden kationin/anioninvaihtajakerros-parin läpi. Liuos haihdutettiin lopuksi 60 paino-%:iin kuivaa kiinteää ainetta. Liuoksen pH suodatuksen, värin poiston ja tuhkan poiston jälkeen säädettiin 4:ksi ja liuos 15 syötettiin jatkuvasti simuloituun liikkuvaan kerrokseen, joka oli pakattu kationinvaihtajahartsin natriummuodolla, 60-65°C lämpötilassa. Dekstroosi absorboitiin kerrokseen ja kerroksesta lähtevä raffinaattiliuos sisälsi 2 paino-% kiinteitä kuivia aineita, joista 67,9 % oli dekstroosia, 20 10,5 % maltoosia, 1,6 % maltuloosia, 8,4 % isomaltoosia, 3 % maltotrioosia ja 8,6 % korkeampia polysakkarideja, kaikki prosentit painoprosentteina.

Vaihe (d)

Kromatografisen kerroksen raffinaattiliuos hydroly-25 soitiin glukoamylaasipylväässä, jossa oli glukoamylaasia huokoisella, heikosti emäksisellä anioninvaihtohartsilla, joka oli fenoli/formaldehydityyppiä (DUOLITE ES-568, valmistaja Diamond Shamrock), ja entsyymikuormitus oli 20 yksikköä/ml kantajaa. Raffinaattiliuoksen pH säädettiin 30 ensin 3,5:een lisäämällä vetykloridihappoa, ja noin 150 ppm rikkidioksia lisättiin ennen kuin liuos syötettiin pylvääseen. Pylväs toimi 50°C lämpötilassa, ja pylvääseen jatkuvasti syötetyn raffinaattiliuoksen virtausnopeus oli 0,17 kerroksen tilavuutta tunnissa. Kun oli kulunut 3 päi-35 vää jatkuvaa toimintaa, saadun tuotteen kuivien kiinteiden aineiden koostumus oli: 95,5 % dekstroosia, 0,5 % maltoo- 7 7831 9 siä, 1,0 % maltuloosia, 1,1 % isomaltuloosia, 0,4 % malto-trioosia ja 1,5 % korkeampia polysakkarideja, kaikki prosentit painoprosentteina. 10 päivän jatkuvan toiminnan jälkeen tuote sisälsi vielä 94,5 paino-% dekstroosia, 5 kun virtausnopeus nostettiin 0,30 :een kerroksen tilavuuteen tunnissa.

Vaihe (c)

Vaiheesta (d) saatu liuos oli sopiva eluentti vaiheen (b) kromatografiseen kerrokseen, ja eluaatti oli 10 dekstroosiliuos, jonka kuivat kiinteät aineet sisälsivät yli 99 % dekstroosia.

Esimerkki 2

Esimerkki 1 toistettiin, paitsi että kromatografia-kerroksesta poistuva raffinaattiliuos sisälsi 20 % liuen-15 neita kiinteitä aineita, joista 67,9 paino-% oli dekstroosia.

Tämän liuoksen syöttönopeudella 0,25 kerroksen tilavuutta tunnissa glukoamylaasipylvääseen saatiin tuote, joka koostui 85,1-%:isesti dekstroosista, l,6-%:isesti mal-20 toosista, 2,2-%:isesti maltuloosista, 8,6-%:isesti isomal-toosista, l,2-%:isesti maltotrioosista ja 1,3-%risesti korkeammista polysakkarideista, kaikki painoprosentteina.

8 päivän toiminnan jälkeen 20 %:n kiintoainepitoi-suudella raffinaattiliuoksen kiinteiden aineiden pitoisuus 25 glukoamylaasipylvääseen mennessä oli vähentynyt 15 %:iin. Virtausnopeudella 0,50 kerroksen tilavuutta tunnissa pylväästä saatiin liuos, jonka kuiva-aineista 86 % oli dekstroosia.

Claims (8)

7831 9

1. Menetelmä tärkkelyksen konvertoimiseksi dekstroo-siksi, jossa menetelmässä 5 (a) hydrolysoidaan vesipitoinen tärkkelyskoostumus dekstroosipitoiseksi tuotteeksi, edullisesti 45-60°:n lämpötilassa ja pH:ssa 3,0-4,5 käyttäen glukoamylaasientsyymiä, (b) erotetaan dekstroosi tästä tuotteesta johtamalla tuote kromatografiapylvään tai -kerroksen läpi, joka kä- 10 sittää edullisesti sulfonoidun, silloitetun aromaattisen vinyylihartsin metallisuolaa, dekstroosin absorboimiseksi pylvääseen tai kerrokseen ja vesipitoisen raffinaatin tuottamiseksi, ja sen jälkeen (c) eluoidaan dekstroosi vedellä, 15 tunnettu siitä, että (d) vesipitoinen raffinaatti käsitellään immobili-soidulla glukoamylaasilla, jolloin glukoamylaasi on edullisesti immobilisoitu huokoiselle, heikosti emäksiselle fe-noli-formaldehydi-tyyppiselle anioninvaihtohartsille, ve- 20 sipitoisen dekstroosia sisältävän liuoksen tuottamiseksi, jota käytetään ainakin osaksi eluenttina kromatografia-pylvääseen tai -kerrokseen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheen (b) vesipitoinen raffinaat- 25 ti käsittää 2-20 paino-% kuiva-aineita, joista on 60-80 paino-% dekstroosia.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheen (d) immobilisoidulle glukoamylaasille syötettävän raffinaatin pH säädetään vä- 30 lille 3-5.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vesipitoista raf-finaattia käsitellään immobilisoidulla glukoamylaasilla vaiheessa (d) siten, että syntyy liuos, joka sisältää 35 1-19 % kuivia kiinteitä aineita, joista 80-98 paino-% on dekstroosia. Il 9 78319

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheen (d) vesipitoisen dekstroosia sisältävän liuoksen kuivien kiinteiden aineiden dekstroosipitoisuus on ainakin sama kuin 5 dekstroosipitoisen tuotteen, joka on johdettu kromatogra-fiapylvään tai kerroksen läpi vaiheessa (b).

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheen (d) dekstroosia sisältävä liuos suodatetaan ja/tai siitä 10 poistetaan väri ennen kuin sitä käytetään eluenttina.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että dekstroosi eluoi-daan kromatografiselta kolonnilta tai kerrokselta lämpötilassa, joka on välillä 45-70°C.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kromatografiapyl-väästä tai -kerroksesta eluoitu dekstroosiliuos sisältää kuivia kiinteitä aineita, joista yli 98 paino-% on dekstroosia . 10 7831 9