HU214451B

HU214451B - Eljárás cukorgyártáskor a Gram-pozitív baktériumok szaporodásának megakadályozására vagy csökkentésére és poliéter ionofor antibiotikumok alkalmazása cukorgyártásnál a baktériumok szaporodásának megakadályozására

Info

Publication number: HU214451B
Application number: HU9501316A
Authority: HU
Inventors: Michael De Miniac
Original assignee: Union Nationale Des Groupements De Distillateurs D'alcool (U.N.G.D.A.)
Priority date: 1992-11-06
Filing date: 1993-11-04
Publication date: 1998-03-30
Also published as: HU9501316D0; ATE138790T1; MX9306941A; TR28110A; AU669592B2; PL308747A1; PL172722B1; DE69303029D1; RU2105065C1; CA2148718A1; CZ116195A3; MD950374A; EP0666717A1; CN1040026C; SK58295A3; ZW14893A1; JP3424233B2; BR9307385A; PH31086A; JPH08503130A

Abstract

A találmány tárgya eljárás cűkőrgyártáskőr a Gram-pőzitív baktériűmőkszapőrődásának megakadályőzására vagy csökkentésére, és pőliéteriőnőfór antibiőtikűmők alkalmazása cűkőrgyártás fől amán baktériűmőkszapőrődásának megakadályőzására vagy csökkentésére. A találmányértelmében őlyan módőn járnak el, hőgy a cűkőrgyártás főlyamán egypőliéter iőnőfórt, példáűl mőnenzint, adnak 0,5–3ppm mennyiségben,előnyösen az extrakciós főlyamatban keletkező édes léhez. ŕ

Description

A találmány tárgya eljárás cukorgyártáskor a Gram-pozitív baktériumok szaporodásának megakadályozására vagy csökkentésére, és poliéter ionofór antibiotikum alkalmazása baktériumok szaporodásának megakadályozására cukor(szacharóz) gyártása során. Különféle takarmány, például cukorrépa- és cukomádlé, hidrolizált gabonamagvak (például kukorica vagy búza), vagy bármilyen más, keményítőt vagy cukrot tartalmazó egyszerű cukrok gyártására alkalmas anyagok esetében alkalmazható.

A cukorgyártás egyik kulcslépése egy extrakciós művelet, amelynek során a cukorrépát és cukornádat kezelik a cukor növényi anyagból (vizes oldat formájában, amelyet a továbbiakban „édes lé”-nek nevezünk) történő kivonására. Például, cukorrépa esetében általában egy diffúziós eljárást alkalmaznak, amikor is a répát meleg vízben áztatják. Ezt tipikusan mintegy 70 °C hőmérsékleten, savas körülmények között (pH 6 körüli értéken), 1-2 órán át végzik (Wertán Pál: Cukorgyártás, Műszaki Könyvkiadó, Bp., 1965). Ezalatt hőtűrő baktériumok szaporodása mehet végbe, miután a cukrot tápanyagként fogyasztják; ezáltal a cukornak végső, kinyerhető és piacra vihető mennyisége csökken. Ez a termelékenységet kedvezőtlenül befolyásolja, és az ipar számára jelentős problémát okoz. A cukornád esetében is alkalmaznak egy extrakciós műveletet, amely őrlést is magában foglal, és ezek során is hasonló nehézségek merülnek fel.

E problémát okozó mikroorganizmusok főként Gram-pozitív baktériumok, amelyek a Lactobacillus genus törzshöz tartoznak. Streptococcus, Bacillus, Clostridium, Leuconostoc és Pediococcus törzsek is jelen lehetek. Korábban formaldehidet használtak a baktériumok szaporodásának megakadályozására, ez azonban súlyos biztonsági problémákat vet fel.

A találmány tárgya eljárás cukor gyártására olyan módon, hogy egy poliéter ionofór antibiotikumot, például monenzint, narazint, szalinomicint, lazalocidot, maduramicint vagy szemduramicint alkalmazunk baktériumok gyártás folyamán történő szaporodásának megakadályozására vagy gátlására. Az említett vegyületek jó aktivitást mutatnak Gram-pozitív baktériumokkal szemben és állás közben vagy magas hőmérsékleten nem könnyen bomlanak el. E tulajdonságuk miatt vonzóak a cukoripar számára, mivel:

1. több napon át, a cukor termelési folyamatának tipikus körülményei között aktivitásukat megtartják; és

2. ugyancsak megmarad aktivitásuk az extrakciós lépésben alkalmazott magasabb hőmérsékleteken és savas pH értékeknél.

Az extrakciós fürdőben a baktérium populáció jelentősen csökken a poliéter ionofór, például monenzin, bakteriosztatikus vagy baktericid, például 0,5 és 3,0 ppm közötti, előnyösen 0,5 és 1,5 ppm közötti koncentrációban való hozzáadása révén. Ily módon jelentősen csökken a bakteriális cukor fogyás, s ez a termelés produktivitásának számottevő javulásához vezet. Ez az eredmény különösen fontos, mert lehetővé teszi, hogy a találmány révén élelmiszer minőségű, fehér kristályos cukrot termeljünk.

Az alábbiakban egy tipikus cukor gyártási folyamat négy kulcslépését, nevezetesen az extrakciót, tisztítást, töményítést (koncentrálást) és kristályosítást ismertetjük.

Az extrakció célja a cukor növényből való kivonása. Eredménye az édes lé, amelynek pH-ja 6 körül van, vagyis nagyon érzékeny a bakteriális szennyeződésre. A folyamat során vízoldékony anyagok, például fehérjék is extrahálódnak, amelyeket el kell távolítani, mert a cukor kristályosodását meggátolják.

A tisztítási lépésben a cukorral együtt extrahált nedves anyagokat kell eltávolítani. Az édes léhez mész és víz keverékét adják, majd szén-dioxid áramban a kalciumot kalcium-karbonát formájában leválasztják. Szűrés után tiszta levet nyernek, amely a cukron kívül csak kevés szerves anyagot tartalmaz.

A sűrítés (töményítés) során a mintegy 14 tömeg% cukrot tartalmazó tiszta levet hevítéssel sziruppá töményítik, amelynek cukortartalma 60 és 70 tömeg% között van.

Az utolsó lépésben fehér cukrot és melléktermékként melaszt kapnak. E műveletben a fenti szirupot vákuumban 85 °C-on hevítve a cukorkoncentráció szempontjából túltelítik (úgynevezett „szupertelítettséget” hoznak létre). Ezután kevés (mintegy 0,5 g) kristályos cukor hozzáadásával a kristályosodást iniciálják, amely gyorsan szétterjed a folyadékban és végül egy fehér kristályos cukor-masszát eredményez a szennyezésektől színes szirupban. A fehér kristályos cukrot centrifúgálással különítik el, majd szárítják.

A centrifúgálással kapott nem-kristályos szirupot még kétszer kristályosítják. Második és harmadik alkalommal barna színű cukrot kapnak, amelyet nem értékesítenek, hanem azt a bepárlási lépésben kapott sziruphoz injektálják a kristályosítási művelet megkezdésekor; ily módon értékesebb fehér cukrot nyernek. Csak a fehér cukrot értékesítik.

A harmadik ismétlés után a sötét színű, nem-kristályos léből melasz képződik; ez mintegy 50 tömeg% cukrot és 30% idegen anyagot tartalmaz, ami a további kristályosodást megakadályozza.

1. példa

Az alábbiakban egy cukorgyártási folyamatot részletesen is ismertetünk; az üzemben óránként 500 tonna cukorrépát dolgozunk fel.

1. Extrakciós művelet

Üzemi körülmények:

Hőmérséklet: 70 °C; pH = 6; időigény: 1-2 óra; üzemmód: folyamatos üzem.

Az eljárásban egy vízbe merülő szállítószalagot alkalmazunk. Az egyik végén aprított répát, a másik végén különböző cukortartalmú meleg vizet vezetünk be. A répa a vízárammal szemben halad, így a répában a cukor koncentrációja csökken olyan arányban, ahogyan a vízben nő.

így mintegy 14 tömeg% cukrot (valamint vízoldékony fehérjéket és más szennyezéseket) tartalmazó édes levet kapunk a berendezés végén, ahol friss répát táplálunk a szalagra, miközben a másik végén távolítjuk el a kimosott répát (kásás maradék formájában).

HU 214 451 Β

2. Tisztítási művelet

Üzemi körülmények:

Hőmérséklet: 75 °C; pH = 8,5; időigény: 1 óra; üzemmód: folyamatos.

Az extrakciós lépésben kapott édes levet egy kádba vezetjük, ahol mésznek vízzel készített szuszpenziójával (200 g CaO literenként) keverjük össze. A kádon széndioxid áramot buborékoltatunk át, ezzel a kalcium-karbonátot leválasztva, amely a kristályosodást zavaró nagy molekulákat, így a fehérjéket is magával viszi.

Az óránként bevitt 500 m³ édes léhez mintegy 30 m³vizes-meszes szuszpenziót használunk, és az eljárással mintegy 500 m³ tisztított édes levet nyerünk.

3. Sűrítés

Üzemi körülmények:

Hőmérséklet: 130 °C-tól, csökkenő 85 °C-ra; pH = 8,5; üzemmód: folyamatos.

A tisztított édes levet besűrítjük.

Óránként 500 m³ édes lé (cukortartalma 14-16 tömeg%) feldolgozásával 110 m³ sűrített szirupot (cukortartalma 60-70%) kapunk.

4. Kristályosítás

A kapott 100 m³ koncentrált szirupot a kristályosítási lépés különböző fázisain visszük végig; ezalatt 106 m³vizet párologtatunk el. Végül óránként 60 tonna fehér cukrot és 20 tonna 50 tömeg% cukrot tartalmazó melaszt kapunk.

Az alábbiakban ismertetjük a poliéter ionofór antibiotikumok legfontosabb tulajdonságait.

Kísérleteket végeztünk néhány poliéter ionofór anti15 biotikummal, így monenzinnel, lazalociddal és szalinomicinnel a cukorrépából extrahált édes lé baktérium tartalmára gyakorolt hatásukat tanulmányozva. Vizsgálataink megerősítették, hogy az említett antibiotikumok

1. táblázat

Monensin hatása baktériumok számára különféle mikroorganizmusok esetében

	Baktérium szám
t = 0	óra	t - 6 óra	ceökkenés (%)
Lactobacillus plantarium	1,2 x	10®	4,1 x 10⁵	-99,70
Lactobacillus fermentum	6,2 x	10⁸	4,4 x 10⁴	-99,99
Lactobaciilus vaccimostercus	2,8 x	10⁸	2,1 x 10⁵	-99,90
Lactobaciilus buchneri	5,5 x	10®	3,0 x 10³	-99,99
Lactobaciilus yamanashiensis	1,8 x	10⁵	4,6 x 10⁴	-74,40
Lactobaciilus coryniformis	3,7 x	10®	3,3 x 10®	-99,10
Leuconostoc mesenteroides	8,0 x	10’	5,4 x 10³	-99,30
Leuconostoc acidilactici	8,2 x 10’	3,7 x 10®	-54,90
Bacillus subtilis	3,1 x 10⁵	5,5 x 10⁴	-82,30
Bacillus brevis	3,3 x 10’	6,0 x 10³	-99,99
Bacillus megaterium	1,3 x	10®	5,8 x 10⁷	-55,40
Bacillus coagulans	1,1 x	10⁵	6,1 x 10⁴	-44,60

HU214451 Β

2. táblázat

Monenxin tartalom	A tisztítási műveletben eltávolított monenxin %-ban
tisztítás előtt	tisztítás után
0,5	< 0,1	> 80
1,0	0,13	87
1.5	0,17	89

bizonyos koncentrációban bakteriosztatikus, illetve baktericid hatást fejtenek ki. E koncentráció értékek 0,5 ppm és 3,0 ppm között vannak. Bakteriosztatikus koncentrációkban a baktérium populáció növekedése gátolt, míg baktericid koncentrációban a populáció csökken.

Érvényességi vizsgálatokat is végeztünk, amelyek azt mutatják, hogy a poliéter ionofór antibiotikumok hatásosak a legtöbb, a cukorgyártásban előforduló baktériummal szemben. Például úgy találtuk, hogy 3,0 ppm monenzinnel végzett kezelés után 6 órával a baktérium-szám csökkent. E kísérlet eredményeit az 1. táblázatban ismertetjük.

Továbbá azt is megfigyeltük, hogy a poliéter ionofór antibiotikumok mintegy 70 °C hőmérsékleten és 6 körüli pH-értéken - vagyis az extrakciós fürdőben lévő körülményekhez hasonló körülmények között - stabilisak, és így a szokásos üzemi körülmények között hatásosak. Mindazonáltal részlegesen bomlanak az extrakció utáni magasabb hőmérsékleteken; ez a tulajdonságuk viszont elősegíti, hogy monenzin maradványoktól mentes fehér kristályos cukrot kapjunk.

A „French Sugár Research Institute” (Francia Cukor Kutató Intézet) - amely az ipar által támogatott kutató szervezet - segítségével több kísérletben maradvány analízist végeztünk annak igazolására, hogy a kapott fehér kristályos cukor monenzint nem tartalmaz. Valamennyi monenzin meghatározást a jól ismert, független „European Institute fór the Environment” (Európai Környezetvédelmi Intézet, székhelye: Bordeaux, Franciaország) intézményben, a hivatalosan elfogadott meghatározási módszerrel (HPLC, ami nagynyomású folyadékkromatográfia) végezték.

Megvizsgáltuk a monenzin koncentráció alakulását a tisztítási lépésben. Először monenzin kristályokból 96 téfogat%-os alkohollal literenként 20 g monenzint tartalmazó törzsoldatot készítettünk. Ennek egy részét 150 mg monenzin/liter koncentrációig hígítottuk, és a kapott oldattal állítottuk be az extrakcióban nyert édes lé monenzin koncentrációját. Három különböző koncentrációval (0,5 ppm, 1,0 ppm és 1,5 ppm) végeztük a kísérleteket.

A monenzinnal kiegészített édes lé tisztítását a szokásos módon végeztük el. A szűrt, tisztított léből, közvetlenül a tisztítás után kijövő áramból 500 ml térfogatú mintákat vettünk, majd a hivatalosan elfogadott HPLC módszerrel analízist végeztünk. Az eredményeket a 2. táblázatban foglaljuk össze.

A fenti adatokból kitűnik, hogy a tisztítási lépésben a monenzin közel 90 százalékát eltávolítottuk. Ez az eredmény a monenzinnek pozitív ionok iránt mutatott affinitása alapján jól értelmezhető: a monenzin a tisztítási lépésben kalciummal kombinálódva eliminálódik.

A következőkben megvizsgáltuk a monenzin koncentráció alakulását a sűrítési műveletben. A tisztítási lépésben kapott tisztított lé szárazanyag-tartalmát standardizálás céljából desztillált vízzel 14,7 tömeg%-ra állítottuk be, majd a lé monenzin koncentrációját 1,5 ppmre állítottuk be az extrakciós lépésben használt 150 mg/1 koncentrációjú hígított alkoholos oldattal. Ezután a monenzint tartalmazó oldatot 10 percen át 120 °C-on hevítettük, majd a hőmérsékletet 100 °C-ra csökkentettük, és addig hevítettük az oldatot, amíg a szárazanyag koncentrációja mintegy 61 tömeg %-ot el nem ért. Ekkor meghatároztuk a szirup monenzin tartalmát HPLC módszerrel. A mért érték 2,2 ppm. Vagyis ez kevesebb, mint a várt érték, mivel a koncentrációnak 1,5 ppm-ről 6,2 ppm-re kellett volna nőnie. így az eredetileg bevitt mennyiség 64%-a (megfelelően a 6,2-2,2 = 4,0 ppm különbségnek) a hő hatására elbomlott.

Végül megvizsgáltuk a monenzin koncentráció alakulását a kristályosítási fázisban is. A töményitési fázisban kapott sziruphoz 1,5 ppm koncentrációban monenzint adtunk (ismét az extrakciós lépésben készített 150 mg/1 koncentrációjú híg alkoholos oldatot használtuk), majd a fehér cukor kristályosítása, szárítása után, méréseket végeztünk mind a cukorban, mind a melaszban lévő monenzin meghatározása céljából. A mérések szerint

- a fehér cukorban a monenzinen nem mutatható ki (kimutathatósági határ: 0,5 ppm);

- a visszamaradó nem-kristályos melaszban a mért érték 1,5 ppm.

Megállapítható tehát, hogy a monenzin a folyadékban marad és a megmosott fehér kristályos cukor monenzint nem tartalmaz, hanem a monenzin a melaszban jelenik meg.

Fentiek alapján a gazdasági előnyök az alábbiakban összegezhetők. A cukorgyártás extrakciós lépésében a

HU 214 451 Β fürdőben lévő baktérium szám normálisan 10⁵—10⁶ organizmus/ml. Problémát jelent az e fölötti érték, míg jelentős mértékű a szennyeződés, ha a szám eléri a 10⁹/ml értéket. E baktériumok a cukorból táplálkoznak, és végső soron a kinyert cukor mennyiségét csökkentik.

Az 1. folyamatábrán az 500 t/óra cukorrépát feldolgozó üzem műveleteit ismertetjük, azt mutatjuk be, hogy 1,5 ppm monenzinnek az extrakciós léhez adása után hogyan alakul a monenzin koncentráció az egyes műveleti fázisokban. Az adatokból kitűnik, a monenzin legnagyobb része elbomlik, s végül a melaszban 2,6 ppm koncentrációban jelenik meg.

E számítások feltételezik, hogy a cukorgyártás folyamán a monenzint folyamatosan használják. A gyakorlatban azonban, a bakteriális szennyezés kézben tartása az extrakciós lének csupán hetente egy napi kezelését igényli, amivel biztosítható, hogy a baktérium-szám a problematikus határ alatt maradjon a következő kezelés elvégzéséig. Ilyen körülmények között a melaszban a monenzin átlagos koncentrációja 0,4 ppm lenne.

így ez az érték igen előnyös összehasonlítva a szarvasmarha takarmány-kiegészítőként alkalmazott 30 ppm monenzin mennyiséggel, és nem befolyásolja a melasz állati takarmányként való alkalmazását.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Eljárás cukorgyártáskor a Gram-pozitív baktériumok szaporodásának megakadályozására vagy csökkentésére, azzal jellemezve, hogy a cukros léhez 0,5-3 ppm mennyiségű poliéter ionofór antibiotikumot adagolunk.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a poliéter ionofór hozzáadását az extrakciós fázisban végezzük.
3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a poliéter ionofórt 0,5-2,5 ppm mennyiségben alkalmazzuk.
4. A 3. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a poliéter ionofórt 0,5-1,5 ppm mennyiségben alkalmazzuk.
5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy poliéter ionofórként monenzint, narazint, szalinomicint, lazalocidot, maduramicint vagy szemduramicint alkalmazunk.
6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy poliéter ionofórként monenzint használunk.
7. Poliéter ionofór antibiotikumok alkalmazása cukorgyártás folyamán Gram-pozitív baktériumok szaporodásának megakadályozására vagy csökkentésére.