FR2588568A1 - Process for preparing glucose-free fructose - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a new process for preparing glucose-free fructose from a solution of sucrose, characterised in that the sucrose is inverted to glucose and fructose by the action of an enzyme, in that the glucose is oxidised to gluconic acid by the action of an enzyme and in that the gluconic acid is extracted from the solution.

Description

Procédé de crécaration de fructose Dauvre en glucose.Fructose-making process Low in glucose.

Les besoins de l'organisme humain en glucides sont couverts par la consommation d'aLiments contenant des amidons (riz, mais, pomme de terre etc.). Le 'sucre (saccharose) est consommé plus par goût que par besoin, au détriment du poids corporel pour les gros consommateurs. The needs of the human body for carbohydrates are covered by the consumption of foods containing starches (rice, corn, potatoes, etc.). Sugar (sucrose) is consumed more by taste than by need, to the detriment of body weight for heavy consumers.

Un revirement diététique a amené à remplacer le saccharose par des édulcorants de synthèse. Une non-métabolisation alliée à un très fort pouvoir sucrant explique l'empLoi de la saccharine, des cyclamates et de l'aspartam dans beaucoup de boissons sucrées et d'entremets. A dietary shift has led to the replacement of sucrose with synthetic sweeteners. Non-metabolization combined with a very high sweetening power explains the use of saccharin, cyclamates and aspartame in many sugary drinks and desserts.

Les réserves émises par le corps médical ont certainement joué un rôLe dans les remplacements des édulcorants synthétiques par le fructose, sucre naturel (miel, fruits etc.).  The reservations expressed by the medical profession have certainly played a role in the replacement of synthetic sweeteners with fructose, natural sugar (honey, fruit etc.).

On connaît les avantages du fructose : faible vitesse d'absorption, métabolisation indépendante de l'insuline, pouvoir sucrant égal à 1,5 fois celui du saccharose. We know the advantages of fructose: low absorption speed, independent metabolism of insulin, sweetening power equal to 1.5 times that of sucrose.

L'autre sucre naturel utilisé est le glucose mais son absorption intestinaLe est quasi instantanée, sa métabolisation est gouvernée par l'insuline et son pouvoir sucrant n'est que 0,6 fois celui du saccharose. The other natural sugar used is glucose but its intestinal absorption is almost instantaneous, its metabolism is governed by insulin and its sweetening power is only 0.6 times that of sucrose.

Ainsi, on peut remplacer 1 g de glucose par 0,4 g de fructose pour le meme effet sucrant en divisant par 2,5 l'apport calorique. Thus, 1 g of glucose can be replaced by 0.4 g of fructose for the same sweetening effect by dividing caloric intake by 2.5.

Partant du sucre fabriqué en très grande quantité, le saccharose, la plupart des voies connues amènent à un mélange glucose-fructose ; il est donc particulièrement intéressant de séparer ces sucres pour obtenir un fructose contenant peu de glucose. Starting from the sugar produced in very large quantities, sucrose, most of the known routes lead to a glucose-fructose mixture; it is therefore particularly advantageous to separate these sugars to obtain a fructose containing little glucose.

Un procédé connu depuis longtemps faisait appel au bisulfite de sodium (extraction de la combinaison bisulfitique). A long known process used sodium bisulfite (extraction of the bisulfitic combination).

Un procédé plus récent utilise l'adsorption et la désorption sélective du glucose et du fructose sur une résine échangeuse d'ions (agissant comme milieu adsorbant et non par échange d'ions).  A more recent process uses the adsorption and selective desorption of glucose and fructose on an ion exchange resin (acting as an adsorbent medium and not by ion exchange).

La présente invention décrit un procédé, suivant lequel, à partir d'une solution de saccharose, par l'action d'un mi cr0- organisme, on obtient une solution ne contenant que du fructose (pratiquement exempt de gLucose) et de L'acide gLuconique, que l'on sépare ensuite. The present invention describes a process, according to which, from a sucrose solution, by the action of a mi cr0-organism, a solution containing only fructose (practically free of gLucose) and L 'is obtained. gLuconic acid, which is then separated.

La présente invention repose sur L'action d'un seul micro-organisme capable, dans un seul appareiL, de réaliser Les réactions successives d'inversion du saccharose et d'oxydation du glucose en acide gLuconique. The present invention is based on the action of a single microorganism capable, in a single device, of carrying out the successive reactions of inversion of sucrose and of oxidation of glucose to gLuconic acid.

Les différents procédés de séparation fructose-acide gluconique sont également décrits : - précipitation d'un gLuconate insoluble et précipitation - fixation de L'acide gluconique sur une résine échangeuse d'ions - extraction de L'acide gluconique par électrodialyse. The different fructose-gluconic acid separation processes are also described: - precipitation of an insoluble gluconate and precipitation - fixing of the gluconic acid on an ion exchange resin - extraction of the gluconic acid by electrodialysis.

Descrition de la première étape du procédé
On fait agir un champignon microscopique, tel qu'un
Aspergillus (et plus particuLièrement A. niger) sur une solution aqueuse de saccharose.
Description of the first step of the process
We act a microscopic fungus, such as a
Aspergillus (and more particularly A. niger) on an aqueous sucrose solution.

L'inversion du saccharose sous L'action d'une invertase sécrétée par A. niger est instantanée, ce qui fait que La solution devient une solution équimoléculaire de fructose et de glucose. The inversion of sucrose under the action of an invertase secreted by A. niger is instantaneous, so that the solution becomes an equimolecular solution of fructose and glucose.

Le même microorganisme secrète une gluco-oxydase qui transforme Le glucose en acide gluconique. The same microorganism secretes a gluco-oxidase which transforms Glucose into gluconic acid.

IL faut veiller à ce stade de La réaction à ne pas continuer car alors L'A. niger isomérise Le fructose en glucose, puis oxyde Le glucose produit. Cela suppose un dosage fréquent ou continu du glucose présent. We must be careful at this stage of the reaction not to continue because then A. niger isomerizes fructose to glucose, then oxidizes glucose produced. This requires frequent or continuous dosing of the glucose present.

Les deux réactions précédentes peuvent être menées à bien dans un fermenteur soit en discontinu, soit en continu. The two preceding reactions can be carried out in a fermenter either batchwise or continuously.

Comme solution de saccharose, on pourra partir, par exemple, d'une dilution de mélasse, de jus de betterave ou de sirop sucre. As a sucrose solution, it is possible, for example, to start from a dilution of molasses, beet juice or sugar syrup.

Descriotion de La deuxième étame du procédé
On se trouve dans une solution aqueuse pratiquement équimoléculaire de fructose et d'acide gluconique. La première méthode utilisée est de précipiter un gluconate insoluble mais les impératifs de la chimie alimentaire limitent énormément le choix des cations.
Description of The second star of the process
We are in a practically equimolecular aqueous solution of fructose and gluconic acid. The first method used is to precipitate an insoluble gluconate but the requirements of food chemistry greatly limit the choice of cations.

Le gluconate de baryum est remarquablement insoluble mais les sels de baryum sont toxiques et donc il faut rejeter ce cation. Barium gluconate is remarkably insoluble but barium salts are toxic and therefore this cation must be rejected.

Le gluconate de calcium est légèrement soluble mais les sels de calcium ne posent pas de problème.Calcium gluconate is slightly soluble, but calcium salts are not a problem.

Une autre méthode consiste à faire passer la solution contenant le fructose et l'acide gluconique sur une colonne de résines échangeuses d'ions où l'anion gluconate se fixe ; cela est possible car le pK de l'acide est de l'ordre de 3,6. Another method is to pass the solution containing fructose and gluconic acid over a column of ion exchange resins where the gluconate anion binds; this is possible because the pK of the acid is of the order of 3.6.

I-l sort donc de la colonne une solution de fructose. On récupère ensuite par élution par une solution basique l'acide gluconique préalablement fixé. I-l therefore leaves the column a fructose solution. Then recovered by elution with a basic solution the previously fixed gluconic acid.

Une autre méthode possible est de soumettre la solution contenant le mélange fructose acide gluconique à une électrodialyse pour extraire sélectivement l'acide gluconique. Another possible method is to subject the solution containing the fructose gluconic acid mixture to electrodialysis to selectively extract the gluconic acid.

Pour éclairer les différentes étapes de la préparation, les exemples suivants ont été réalisés en partant d'une préculture en fiole d'erlenmeyer sur table agitante, à 30"C, faite à partir d'une culture gelosée d'A. niger IMP. To clarify the various stages of the preparation, the following examples were carried out starting from a preculture in flask of Erlenmeyer flask on an agitating table, at 30 "C, made from a gelose culture of A. niger IMP.

Le milieu stérile de préculture a pour composition
- saccharose 50 g/l
- nitrate de calcium (4H20) 1 g/l
- phosphate monoammonique 1 g/l
- phosphate monopotassique 0,25 g/l
- chlorure de potassium 0,25 g/l
- sulfate de magnésium (7H20) 0,25 g/l
- chlorure ferrique 1 cg/l.
The sterile preculture medium has the composition
- sucrose 50 g / l
- calcium nitrate (4H20) 1 g / l
- monoammonium phosphate 1 g / l
- 0.25 g / l monopotassium phosphate
- potassium chloride 0.25 g / l
- magnesium sulfate (7H20) 0.25 g / l
- ferric chloride 1 cg / l.

La préculture en 36 h donne un inoculum qui servira pour plusieurs exemples. Preculture in 36 h gives an inoculum which will be used for several examples.

ExemDle 1
On opère dans un réacteur "CHEMAP" type LF 7.14.20 (fabriqué par la société CHEMAP'AG-Mannedörf - Suisse) de capacité utile de 15 l, pourvu d'un agitateur à palettes.
EXAMPLE 1
The operation is in a "CHEMAP" type LF 7.14.20 reactor (manufactured by the company CHEMAP'AG-Mannedörf - Switzerland) with a useful capacity of 15 l, provided with a paddle stirrer.

On stérilise le réacteur avec une solution chaude de saccharose à 200 g/l et, après refroidissement, on ajoute 1,5 l d'inoculum et la quantité nécessaire de la solution de préculture pour obtenir 15 l de solution titrant 150 g/l de saccharose. The reactor is sterilized with a hot sucrose solution at 200 g / l and, after cooling, 1.5 l of inoculum and the necessary quantity of preculture solution are added to obtain 15 l of solution grading 150 g / l of sucrose.

On règle la température à 30 , l'agitation à 800 tr/min et on insuffle de l'air stérile à 17,6 I/min. Un dispositif automatique mesure en continu le pH du milieu et l'ajuste à pH : 5 par addition d'une solution normale de potasse. On dose les produits présents au bout de 32 h de culture discontinue et on obtient - concentration en acide gluconique 12Q g/l
et en fructose 50 g/l - productivité en acide gluconique 2,39 g/l/h
et en fructose 1,09 g/l/h.
The temperature is set at 30, stirring at 800 rpm and sterile air is blown at 17.6 l / min. An automatic device continuously measures the pH of the medium and adjusts it to pH: 5 by adding a normal potash solution. We measure the products present after 32 h of batch culture and we obtain - concentration of gluconic acid 12Q g / l
and fructose 50 g / l - productivity of gluconic acid 2.39 g / l / h
and in fructose 1.09 g / l / h.

Si l'on avait réalisé les réactions théoriques
Inversion
saccharose --------) glucose + fructose
Oxydation
et glucose v ---- > acide gluconique + fructose
+ fructose à partir d'une mole de saccharose, on devrait obtenir une mole d'acide gluconique (on en obtient 1,4) et 1 mole de fructose (on en obtient 0,7). Il est facile de voir que la réaction a été poussée trop loin : l'A.niger a oxydé tout le glucose et ensuite a isoméries9 une partie du fructose en glucose et a oxydé ce nouveau glucose.
If we had realized the theoretical reactions
Inversion
sucrose --------) glucose + fructose
Oxidation
and glucose v ----> gluconic acid + fructose
+ fructose from one mole of sucrose, one should obtain one mole of gluconic acid (we get 1.4) and 1 mole of fructose (we get 0.7). It is easy to see that the reaction has been pushed too far: the A.niger has oxidized all the glucose and then isomerized9 part of the fructose to glucose and oxidized this new glucose.

ExemDle 2
On opère en continu sur un microréacteur de 550 ml garni de plateaux perforés en PVC (coefficient de vide 0,22). La pulsation est assurée par un pulsateur électrique EIVS. On ajoute à la soLution 2 g/l de TWEEN 80 (Prolabo) comme surfactant permettant la "diffusion" du mycélium le rendant ainsi susceptible de se désagréger sous l'effet des pulsations.
EXAMPLE 2
The operation is carried out continuously on a 550 ml microreactor lined with perforated PVC trays (vacuum coefficient 0.22). The pulsation is provided by an EIVS electric pulsator. 2 g / l of TWEEN 80 (Prolabo) are added to the solution as a surfactant allowing the "diffusion" of the mycelium, thus making it liable to disintegrate under the effect of the pulsations.

En sortie du réacteur, un décanteur sépare la mousse et recycle le jus de fermentation dans le réacteur. At the outlet of the reactor, a decanter separates the foam and recycles the fermentation juice in the reactor.

Les paramètres opératoires sont
- température 300C
- pH 5
- aération 0,25 I/h.
The operating parameters are
- temperature 300C
- pH 5
- aeration 0.25 I / h.

On alimente le réacteur -où l'on a laissé se développer unepopulation mycélienne suffisante- avec une solution de saccharose à 100 g/l complétée du milieu minéral décrit dans l'exemple 1. The reactor is fed - where a sufficient mycelial population has been allowed to develop - with a 100 g / l sucrose solution supplemented with the mineral medium described in Example 1.

Le réacteur, fonctionnant en culture continue, permet donc de produire un mélange fructose-acide gluconique, le but étant d'épuiser en saccharose et en glucose. La faisabilité dans le temps a été testée sur une semaine. The reactor, operating in continuous culture, therefore makes it possible to produce a fructose-gluconic acid mixture, the aim being to deplete sucrose and glucose. The feasibility over time was tested over a week.

Un dosage au bout de 2 jours et pendant 7 jours donne
- acide gluconique 45 g/l
- fructose............................... fructose 30 g/l
- sucre restant.......................... restant 3 g/l
- productivité en acide gluconique 7 g/l/h
- productivité en fructose 5,5 g/l/h.
A dosage after 2 days and for 7 days gives
- gluconic acid 45 g / l
- fructose ............................... fructose 30 g / l
- remaining sugar .......................... remaining 3 g / l
- productivity of gluconic acid 7 g / l / h
- fructose productivity 5.5 g / l / h.

La prolifération du mycélium a ensuite dégradé les résultats car au 30ème jour on obtenait
- acide gluconique 28 g/l
- fructose 15 g/l
- sucre restant 30 g/l.
The proliferation of the mycelium then degraded the results because on the 30th day we obtained
- gluconic acid 28 g / l
- fructose 15 g / l
- remaining sugar 30 g / l.

Les deux exemples montrent que le procédé permet dans un seul appareil de transformer une solution de saccharose en une solution de fructose et d'acide gluconique. The two examples show that the process makes it possible, in a single apparatus, to transform a sucrose solution into a solution of fructose and gluconic acid.

La deuxième étape du procédé sur la séparation du fructose et de L'acide gluconique peut être comprise à partir des exemples suivants
On partira d'une solution synthétique contenant 100 g/l de fructose et 100 g/l d'acide gluconique pour simplifier les explications.
The second step of the process on the separation of fructose and gluconic acid can be understood from the following examples
We will start with a synthetic solution containing 100 g / l of fructose and 100 g / l of gluconic acid to simplify the explanations.

ExemDle 3
On dispose d'un litre de la solution synthétique. On y ajoute 100 cm3 d'une solution de chlorure de calcium à 300 g/l.
EXAMPLE 3
One liter of the synthetic solution is available. 100 cm 3 of a calcium chloride solution at 300 g / l are added thereto.

Le précipité de gluconate de calcium se forme instantanément et on filtre sur fiole à vide.The precipitate of calcium gluconate is formed instantly and filtered through a vacuum flask.

Après séchage, on étuve à 65 C, on pèse et on obtient 89 g de gluconate de calcium. Le rendement d'extraction n'est que de 80 % car le gluconate de calcium est un peu soluble.  After drying, the oven is incubated at 65 ° C., weighed and 89 g of calcium gluconate are obtained. The extraction yield is only 80% because the calcium gluconate is slightly soluble.

Exemple 4
On fait passer un litre d'une solution aqueuse contenant 100 g de fructose et 100 g d'acide gluconique sur une colonne de résines échangeuses d'anions (on choisit une résine basique forte car le pK de l'acide gluconique est égal à 3,6).
Example 4
One liter of an aqueous solution containing 100 g of fructose and 100 g of gluconic acid is passed over a column of anion exchange resins (a strong basic resin is chosen because the pK of gluconic acid is equal to 3 , 6).

On récupère une solution de fructose sur laquelle un dosage acide-base indique une teneur en acide gluconique inférieure à 0,1 g/l. A fructose solution is recovered on which an acid-base assay indicates a gluconic acid content of less than 0.1 g / l.

On peut ensuite récupérer l'acide gluconique par élution avec une solution de soude. La colonne est à ce moment apte à refixer l'acide gluconique. Gluconic acid can then be recovered by elution with a sodium hydroxide solution. The column is then able to reattach gluconic acid.

Les exemples précédents montrent qu'il est facile d'éliminer L'acide gluconique de la solution, obtenant ainsi une solution de fructose pratiquement pur. Tous ces exemples illustrent des aspects différents mais non limitatifs de l'invention et ne sont présentés que pour éclairer la description.  The previous examples show that it is easy to remove the gluconic acid from the solution, thereby obtaining a practically pure fructose solution. All these examples illustrate different but non-limiting aspects of the invention and are presented only to clarify the description.

Claims (9)

REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation de fructose exempt de glucose à partir d'une solution de saccharose, caractérisé en ce que L'on inverse le saccharose en glucose et en fructose sous l'action d'une enzyme, que l'on oxyde le glucose en acide gluconique sous l'action d'une enzyme et que l'on extrait L'acide gluconique de la solution. 1. A method for preparing glucose-free fructose from a sucrose solution, characterized in that the sucrose is reversed into glucose and fructose under the action of an enzyme, which is oxidized glucose into gluconic acid under the action of an enzyme and which the gluconic acid is extracted from the solution. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enzyme inversant le saccharose et l'enzyme oxydant le glucose sont sécrétées par un micro-organisme placé dans la solution de saccharose. 2. Method according to claim 1, characterized in that the sucrose-reversing enzyme and the glucose-oxidizing enzyme are secreted by a microorganism placed in the sucrose solution. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le micro-organisme sécrétant les deux enzymes est l'Aspergillus niger. 3. Method according to claim 2, characterized in that the microorganism secreting the two enzymes is Aspergillus niger. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les opérations d'inversion et d'oxydation sont réalisées dans un seul appareil. 4. Method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the inversion and oxidation operations are carried out in a single device. 5. Procédé selon L'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la solution contenant le fructose et 5. Method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the solution containing fructose and L'acide gluconique est traitée par une résine échangeuse d'ions choisie pour fixer L'acide gluconique et laisser en solution le fructose.The gluconic acid is treated with an ion exchange resin chosen to fix the gluconic acid and leave the fructose in solution. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'acide gluconique est extrait des résines échangeuses d'ions par élution par une solution basique. 6. Method according to claim 5, characterized in that gluconic acid is extracted from ion exchange resins by elution with a basic solution. 7. Procédé selon les revendications 1-à 4, caractérisé en ce que l'on ajoute sous forme de sel à la solution contenant le fructose et L'acide gluconique un cation dont le gluconate est insoluble et que l'on procède à une filtration. 7. Method according to claims 1 to 4, characterized in that one adds in the form of salt to the solution containing fructose and gluconic acid a cation whose gluconate is insoluble and that one proceeds to a filtration . 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le cation choisi est le calcium. 8. Method according to claim 7, characterized in that the cation chosen is calcium. 9. Procédé selon L'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le saccharose est introduit sous forme de jus de betterave, de mélasse diluée ou de sirop de sucre.  9. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the sucrose is introduced in the form of beet juice, diluted molasses or sugar syrup.
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WO2017202686A1 (en) 2016-05-23 2017-11-30 Annikki Gmbh Method for enzymatic conversion of d-glucose into d-fructose via d-sorbitol

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