MXPA01010889A

MXPA01010889A - Procesos y productos de maltosa de alta pureza.

Info

Publication number: MXPA01010889A
Application number: MXPA01010889A
Authority: MX
Inventors: Antrim Richard
Original assignee: Grain Processing Corp
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2002-06-21
Also published as: US20030113876A1; US20040092732A1; US20020012973A1; EP1196621B1; DE60137183D1; US6670155B2; US20010046690A1; AU2001243338A1; ATE419374T1; US6436678B2; BR0104706A; WO2001064934A2; CA2368501C; CA2368501A1; WO2001064933A3; WO2001064933A2; WO2001064934A3; US20030134394A1; AU2001243336A1; EP1196621A2

Abstract

Los productos de maltosa son preparados hidrolizando el almidon con una enzima que consiste esencialmente de una enzima beta-amilasa. El producto preparado de esta forma puede ser secado al rocio o se puede obtener un producto de maltosa de alta pureza del mismo, mediante la ultrafiltracion. El producto de maltosa de alta pureza tiene un contenido bajo de glucosa y sacaridos en el rango DP 3-10.

Description

PROCESOS Y PRODUCTOS DE MALTOSA DE ALTA PUREZA Campo del Invento La presente invención está dentro del campo de los • oligosacáridos, y en particular, la presente invención pertenece a la preparación de un producto de maltosa de alta pureza.

Antecedentes del Invento 10 La maltosa, un disacárido enlazado por alfa 1-4, es • un químico comercialmente importante con numerosos usos industriales y de consumo, por ejemplo, como un endulzante o en la preparación de maltitol, un endulzante diferente en confiterías, proyectado para el mercado de bajas calorías o de diabéticos. La maltosa, también es comercialmente importante en la industria de la fabricación de cerveza, en donde se proporciona como un • componente fermentable de mosto de la fabricación de cerveza. En estas aplicaciones, es deseable proporcionar maltosa en una forma substancialmente pura, por ejemplo, para la exclusión substancial de otros carbohidratos. Por ejemplo, en las aplicaciones de la fabricación de cerveza es deseable proporcionar maltosa para la exclusión substancial de dextrosa. Aunque la dextrosa es fermentable, la dextrosa comienza a inhibir el crecimiento de levadura cuando está presente en la fermentación de mosto, por razones consideradas por relacionarse con disturbios metabólicos de la levadura utilizada en los procesos de fermentación. De manera • 5 similar, en la preparación de maltitol, es comercialmente deseable proporcionar maltosa en una forma substancialmente pura, de modo que no se formen sorbitol y azúcares hidrogenados de altos pesos moleculares, tales como maltotritol, al momento de la hidrogenación de la maltosa. Por estas razones, la producción de maltosa en • una forma altamente pura, es altamente deseable en el mercado. Es particularmente deseable, evitar cantidades substanciales de glucosa, maltosa y otros azúcares de bajos pesos moleculares, debido a la dificultad para separar la maltosa de los otros carbohidratos. Generalmente, la maltosa se prepara a través de la hidrólisis enzimática del almidón, por lo que ciertas • enzimas, conocidas como amilasas beta, convierten el almidón en maltosa. Los almidones naturales están compuestos de dos moléculas, amilosa, un sacárido lineal y amilopectina, una molécula de almidón ramificada la cual, para un almidón determinado, normalmente es de un peso molecular mayor al de la amilosa, y en el cual aproximadamente el 4% de los enlaces de glucósidos son enlaces alfa 1-6. Con la excepción de los almidones ttt especiales denominados cerosos (maíz) o glutinosos (arroz) , la mayoría de los almidones encontrados en la naturaleza están compuestos de entre el 20% y el 30% de amilosa. En el caso de la amilosa, las enzimas beta- 5 amilasa catalizan la hidrólisis a partir del extremo sin reducción de la molécula, liberando de este modo las unidades de maltosa en forma secuencial hasta que se alcanza el extremo de reducción. Presumiblemente, si la molécula de amilosa contiene un número par de unidades de 10 glucosa, el producto solo será maltosa; sin embargo, sí • la molécula de amilosa contiene un número non de unidades de glucosa, entonces, además de la maltosa, se libera una molécula de glucosa por molécula de amilosa del extremo de reducción. Además de la glucosa, con frecuencia la 15 maltosa se observa como un producto final debido a la conversión relativamente lenta de la maltotriosa a glucosa y maltosa. Además, si la amilosa estuviera • presente como un gran número de moléculas cortas, tal como podría ser el caso si la amilosa hubiera sido 20 parcialmente hidrolizada con una enzima de ácido o de alfa-amilasa, entonces podrían resultar cantidades relativamente grandes de glucosa y maltotriosa al momento del tratamiento de la amilosa de cadena corta con beta- amilasa. Con respecto a la amilopectina, las enzimas de 25 beta-amilasa liberan maltosa mediante hidrólisis secuencial, pero cuando la hidrólisis secuencial alcanza un punto del la ramificación 1-6, la hidrólisis se detiene debido a que la enzima no tiene la capacidad de hidrolizar el punto de la ramificación. Como resultado, 5 la producción más alta de maltosa que se puede obtener a partir de amilopectina es de aproximadamente el 50%. El f. restante 50% de la amilopectina original existe en la forma de moléculas grandes, esencialmente solubles en agua . 10 Por las razones anteriores, la pureza del producto # de maltosa obtenida a través de hidrólisis enzimática de un almidón, se relaciona con el número de moléculas de amilosa por peso de almidón determinado, y se limita por la extensión de la ramificación en el componente de amilopectina del almidón. Debido a la producción de subproductos, tales como glucosa y maltotriosa, es difícil obtener una maltosa de alta pureza a partir de • almidón sin los subsecuentes pasos de purificación. De manera convencional, se han empleado procesos cromatográficos para separar la maltosa de la glucosa y otros subproductos del producto de hidrólisis de beta- amilasa. Sin embargo, las separaciones cromotográficas son costosas y difíciles de llevar a cabo, resultando de este modo un costo incrementado para un producto de maltosa de alta pureza.

En reconocimiento a este problema, la técnica anterior a proporcionado un número de intentos para mejorar la producción de maltosa a partir de almidón. Por ejemplo, las producciones de maltosa a partir de • 5 amilopectina, pueden ser significativamente incrementadas disociando (hidrolizando) la estructura de amilopectina entre los puntos de la ramificación con ácido o con un enzima de alfa-amilasa. Esto se puede realizar ya sea antes de tratar el almidón con una enzima de beta- 10 amilasa, o en forma normal. Disociando entre los puntos • de la ramificación, se producen extremos sin reducción adicionales, proporcionando de esté modo más sitios de ataque a través de la enzima de beta-amilasa . Utilizando está técnica, se pueden incrementar las producciones de' maltosa, aunque además de la maltosa, se producen productos moleculares pequeños ramificados no deseables. Otra estrategia para incrementar las producciones de ^0 maltosa por amilopectina, es el uso de enzimas que hidrolizan los puntos de ramificación de alfa 1-6. Se conocen enzimas tales como pululanasa e isoamilasa; tales enzimas generalmente son conocidas como glucosidasas alfa 1-6. Tales técnicas son algo efectivas en la mejora de la producción de maltosa. Por ejemplo, si se licúa almidón normal (que contiene aproximadamente 25% de amilosa y 75% de amilopectina) utilizando técnicas convencionales de licuado de alfa-amilasa o ácido, y posteriormente se trata con beta-amilasa de cebada, se puede esperar una producción de aproximadamente el 55% de maltosa, 5 dependiendo hasta cierto punto la producción de la extensión de la hidrólisis anterior con alfa-amilasa. Las enzimas de beta-amilasa derivadas de malta de cebada, que contienen un componente de alfa-amilasa, proporcionarán una producción de maltosa cercana al 60%. El uso de enzimas de desramificación de almidón, proporcionarán • producciones aún mayores, fluctuando hasta el 75% de maltosa. Se han enfocado otros intentos en el desarrollo de nuevas enzimas para el uso en la producción de maltosa a partir de almidón. Se utiliza una de tales enzimas (Maltogenasa, de Novozymas A/S) en combinación con una enzima de alfa-amilasa, una enzima de beta-amilasa y una enzima de pululanasa, para obtener maltosa a partir de • almidón. La producción máxima de maltosa utilizando estas cuatro enzimas, parece ser de aproximadamente el 80%. El uso de enzimas múltiples en una escala comercial es costosa, tanto en relación con la compra de tales enzimas como en la remoción de las enzimas del producto de maltosa preparado de este modo. Además, aunque la producción de maltosa es relativamente alta con respecto a otros procesos conocidos, aún el producto obtenido a través dell uso de tales enzimas contiene cantidades substanciales de dextrosa y de oligosacáridos de orden superior (teniendo normalmente un grado de polimerización (DP) que fluctúa de 3 hasta aproximadamente 10) . No es 5 deseable la presencia de otros sacáridos para muchos propósitos, en particular en aplicaciones de fabricación de cerveza y en la producción de maltitol, y por lo tanto aún se requieren procesos cromatográficos costosos antes de que se obtenga un producto de maltosa altamente puro.

Además, aunque puede ser factible desarrollar enzimas • nuevas como un esfuerzo para incrementar de manera adicional la producción de maltosa, tal desarrollo de enzimas nuevas es extraordinariamente costoso, y no significa que ciertas de las enzimas nuevas sean más efectivas que las técnicas conocidas en la preparación de productos de maltosa. Por las razones anteriores, los procesos anteriores • para la preparación de maltosa mencionados anteriormente, tienen un número de inconvenientes. La presente invención, pretende dirigirse a estos inconvenientes proporcionando un proceso para la producción de maltosa a partir de almidón.

Sumario del Invento Se ha descubierto recientemente, que el tratamiento de almidó ' con una enzima que consiste esencialmente de 5 una enzima beta-amilasa, y la cuál es para la exclusión substancial o exclusión completa de enzimas alfa-amilasa y enzimas de desramificación, producirá una mezcla de producto que incluye maltosa y que está substancialmente libre de glucosa y de otros malto-oligosacáridos que tienen un DP desde 3 hasta 10. La maltosa puede ser • fácilmente separada de la mezcla del producto formada de este modo mediante ultrafiltración, para producir un producto de maltosa de alta pureza en el cual el contenido de maltosa es mayor al 70% con base en el carbohidrato total, y en el cual el contenido combinado de glucosa y oligosacáridos que tiene un DP que fluctúa desde 3 hasta 10, es menor al 10%. En algunas • modalidades, el producto de maltosa preparado a través del contenido de hidrólisis enzimática, tendrá un contenido de maltosa superior al 70%. Utilizando la presente invención, se puede obtener un contenido de maltosa mayor al 85%, más preferentemente mayor al 90%, y aún más preferentemente mayor al 95%, y en cada caso, el contenido combinado de glucosa y de oligosacáridos que tiene un DP y que fluctúa desde 3 hasta 10, pueden mantenerse debajo de aproximadamente el 10%, preferentemente debajo de aproximadamente el 5%. La producción de maltosa de alta pureza de acuerdo con la presente invención, puede ser poco costosa con relación a ^* 5 los procesos conocidos. Se ha descubierto de manera adicional, que el producto formado en la hidrólisis enzimática del almidón, puede ser secado por rocío para producir un producto de maltosa secado por rocío. De acuerdo con una modalidad de la presente invención, un almidón es tratado con una enzima que consiste esencialmente de una enzima beta-amilasa, y la cual es para la exclusión substancial o la exclusión completa de enzimas alfa-amilasa y enzimas de desramificación. El almidón es tratado bajo condiciones que son adecuadas para la hidrólisis del componente de amilosa del almidón para formar maltosa, y para la hidrólisis del componente de amilopectina del almidón para formar maltosa, y por lo menos un carbohidrato de mayor peso molecular. Generalmente, la mezcla resultante de los productos de hidrólisis de almidón comprenderán maltosa y los carbohidratos de peso molecular mayor serán para la exclusión substancial de otros malto- oligosacáridos . Está mezcla puede tener en sí un alto contenido de maltosa, y puede ser fácilmente resuelta mediante ultrafiltración en una fracción de maltosa que tiene un contenido de maltosa mayor al 70%, en la mayoríé» de los casos substancialmente mayor. Además, debido a I?** ausencia substancial de otros subproductos de malto-oligosacárido en la fracción de maltosa, tal como podría estar presente a través de procesos convencionales para la producción de maltosa, la mezcla puede ser resuelta mediante ultrafiltración, y no se requieren procesos de cromatografía de columna. Al momento de la ultrafiltración, la mayor parte de la maltosa pasa a través de la membrana, dejando parte de la maltosa en el reten. Si se desea, se puede utilizar diafiltración para separar substancialmente toda la maltosa de los carbohidratos de alto peso molecular en el reten. Dß -a acuerdo con otra modalidad de la presente invención, se trata un almidón con una enzima que consiste esencialmente de una enzima beta-amilasa bajo condiciones que son adecuadas para la hidrólisis de la amilosa y componentes de amilopectina del almidón para formar maltosa y por lo menos un carbohidrato de peso molecular mayor. Después de tratamientos opcionales adicionales, ' tales como remover la amilosa retrógrada), la mezcla del producto que se forma es secada por rocío. El producto secado por rocío puede ser fácilmente transportado y procesado .

Descripción Detallada del Invento La presente invención, contempla la producción de maltosa a partir de almidón. Se puede emplear cualquier almidón adecuado que esté en relación con la presente invención, y de este modo por ejemplo, se pueden utilizar en relación con la presente invención, almidones tales como maíz, arroz, trigo, tapioca, papa, cebada, avena, y más generalmente, cualquier almidón adecuado para hidrólisis enzimática No es necesario utilizar un almidón denominado ceroso o glutinoso en relación con la presente invención, si no que por el contrario, el almidón puede tener cualquier contenido de amilosa, tal como un contenido de amilosa del 10%, 15 , 20%, 25% ó un contenido de amilosa mayor. Se contempla que el almidón puede ser un almidón parcialmente derivóido o modificado de otra manera, o puede ser un almidón que haya sido adelgazado o tratado en forma enzimática. Por ejemplo, se puede emplear un almidón que ha sido ligeramente oxidado El almidón debe ser licuado por medio de calor, tratamiento enzimático o de ácido antes del tratamiento con la enzima beta-amilasa. Preferentemente, el almidón es licuado a través de tratamiento de ácido, aunque los almidones con baja amilosa pueden requerir el licuado únicamente con calor y pueden ser licuados en forma adecuada a la temperatura de operación de la hidrólisis enzimática. Generalmente, el almidón debe ser licuado hasta un punto en el cuál podría permanecer líquido a la temperatura de operación de la hidrólisis de beta- amilasa, pero no licuado hasta un punto en el que el " 5 almidón se ha convertido en sacáridos que tienen un g ^do de polimerización demasiado bajo, ya que es difícil separar tales sacáridos de la maltosa mediante ultrafiltración. En otras palabras, el grado del licuado debe ser tal, que al momento de la hidrólisis enzimática con la enzima beta-amilasa, el contenido combinado de glucosa y oligosacáridos dentro del rango DP de 3 a 10 no exceda aproximadamente el 10%, y preferentemente no exceda aproximadamente el 5%. Se ha descubierto aceptablemente licuar el almidón hasta un valor equivalente a dextrosa (DE) de aproximadamente 2, tal como se mide a través de técnicas convencionales. Generalmente, el DE del almidón debe mantenerse debajo de aproximadamente 1, y por lo tanto el rango debe ser de entre 0 y aproximadamente 1, aunque puede ser difícil medir el DE con precisión dentro de este rango. Para el almidón de maíz, es preferible que el almidón sea licuado en una solución acuosa a una temperatura de licuado que fluctúa desde aproximadamente 104.34°C hasta aproximadamente 159.84°C, y durante un tiempo que fluctúa desde aproximadamente 5 minutos hasta aproximadamente 30 minutos . El nivel de sólidos del almidón fluctúa preferentemente inicialmente desde aproximadamente el 5% hasta aproximadamente el 30%, más preferentemente, desde aproximadamente el 15% hasta aproximadamente el 30%. Se considera que un nivel de sólidos más bajo en la pasta de almidón, daría como resultado una maltosa con una pureza superior al momento de la hidrólisis enzimática. Aunque no se pretende limitar la presente invención a una teoría de operación en particular, se considera que un contenido de sólidos inferior requiere un menor grado de licuado para lograr el rango de viscosidad deseado. En el caso de almidón de dientes de maíz, se ha descubierto que es óptima una ventana de viscosidad de entre 25 y 45 centipoises (Norcross Shell Cup) . En el caso de almidones cerosos, pueden ser aceptables las viscosidades fuera de este rango. El pH de la pasta de maíz, se debe ajustar hasta un nivel suficiente para proporcionar la hidrólisis de ácido controlada del almidón en la presencia o ausencia de enzimas de alfa amilasa de catalización; más preferentemente bajo un grupo determinado de condiciones, la variabilidad del pH de la pasta no debe ser mayor a +/- 0.1 pH, con el valor de pH preciso dependiendo de la fuente de maíz, sólidos de la pasta y las condiciones de operación del equipo del licuado empleado. Como un asunto práctico, el pH puede variar más ampliamente dando como resultado a un producto de maltosa satisfactorio. Preferentemente, el licuado de almidón es monitoreado a 5 través de la viscosidad y se ajusta de está manera. De acuerdo con una modalidad de la presente invención, el almidón es licuado con una enzima alfa-amilasa para reducir el peso molecular del almidón, reduciendo de este modo la viscosidad del almidón y permitiendo así el procesamiento en un nivel de sólidos superior. Se pueden obtener las enzimas del licuado comerciales adecuadas en Genencor International o en Novozymes A/S. Se pueden emplear cualesquiera condiciones de licuado adecuadas. El nivel de dosificación de la enzima de alfa-amilasa depende del nivel de sólidos deseado y de la pureza de maltosa deseada, y fluctúa preferentemente desde aproximadamente 0.005% hasta aproximadamente 0.02% de una enzima de resistencia comercial a través de almidón con base de sólidos secos. En está modalidad, la enzima de alfa-amilasa es preferentemente eliminada antes de la sacarificación a través de cualquier procedimiento de extinción. Por ejemplo, cuando el almidón es licuado a una temperatura menor a 120.99°C y 5 minutos de residencia, la enzima alfa-amilasa es eliminada reduciendo el pH del licuado a menos de 4.0 y manteniéndola a una temperatura de desde 82.14°C hasta 87.69°C durante por lo menos aproximadamente 15 minutos. Al momento del proceso de licuado, el licuado es inmediatameinte enfriado y el pH se ajusta hasta las 5 condiciones óptimas para la actividad de beta-amilasa. Posteriormente, el almidón se trata con la enzima bajo condiciones cualesquiera adecuadas para dar como resultado la hidrólisis de este almidón licuado para formar maltosa. Una enzima preferida es OPTIMALT BBA, disponible en Genencor International, Inc. La enzima • puede ser agregada en cualquier cantidad suficiente para lograr este resultado, aunque generalmente, la dosificación de la enzima la conversión limitada por viscosidad mínima de aproximadamente dos unidades de Polvo Diastático OPTIMALT BBA de Genencor Interantional Inc., por kilogramo de almidón, estando definidas las unidades de Polvo Diastático como la cantidad de enzima ^r contenida en 0.1 ml de una solución al 5% de la preparación de la enzima de muestra, ya que proporcionará un suficiente polvo de reducción para reducir 5 ml de la solución de Fehling, cuando la muestra sea incubada de 100 ml de substrato durante una hora a una temperatura de 20°C. Se deben dejar las enzimas actuar en el almidón durante cualquier cantidad de tiempo adecuado para formar maltosa. Bajo las condiciones de reacción preferidas mencionadas anteriormente, la sacarificación generalmente se completa al 90% en 4 horas. La temperatura y pH óptimos de la hidrólisis de almidón, variará dependiendo de la enzima beta-amilasa empleada en particular, aunque normalmente la temperatura fluctuará desde aproximadamente 55°C hasta aproximadamente 65°C, y el pH fluctuará desde aproximadamente 5.0 hasta aproximadamente 6.0. Al término de la hidrólisis enzimática, se proporcionará un producto que contiene maltosa y por lo menos un carbohidrato de peso molecular mayor. De manera opcional, aunque preferentemente, esta mezcla de producto es aclarada y decolorada a través de cualquier procedimiento adecuado, tal como tratamiento de carbono, filtración, centrifugación y/o precipitación, antes de ser procesada adicionalmente. El contenido de maltosa en el producto puede ser de por lo menos aproximadamente el 30% en peso, y en algunos casos mucho mayor. Si la enzima se deja actuar bajo condiciones óptimas durante un tiempo de reacción óptimo, el contenido de maltosa del producto puede ser igual o mayor a aproximadamente el 50%, en algunos casos igual o mayor aproximadamente el 60%, en algunos casos igual o mayor a aproximadamente el 65%, en algunos casos igual o mayor a aproximadamente el 70%, e incluso en algunos casos igual o mayor a aproximadamente el 75%, en tanto que el contenido de carbohidratos de peso molecular mayor que tienen un valor equivalente de dextrosa (DE) menor a 5, puede ser mayor a • 5 aproximadamente el 20%. El contenido combinado de glucosa y de oligosacáridos en el rango DP de 3 a 10, es menor a aproximadamente el 10%, y preferentemente es menor a aproximadamente el 5%. Se contempla que en algunos ejemplos, se pueda desear un contenido de maltosa inferior en el producto.

• En tal caso, la enzima puede ser eliminada antes del tiempo de reacción óptimo, tal como mediante el ajuste del pH o aplicando calor. En una modalidad altamente preferida, se prepara o se proporciona en avance una correlación entre el tiempo de reacción de la enzima y el contenido de maltosa resultante. Tal correlación entre el tiempo de reacción y el contenido de maltosa puede ser determinado en forma empírica, por ejemplo, realizando por lo menos dos experimentos en los cuales la enzima es eliminada en diferentes tiempos de reacción, cada uno menor al tiempo de reacción óptimo, y midiendo el contenido de maltosa en cada caso. Una vez que se ha preparado o proporcionado en avance la correlación, se puede obtener un contenido de maltosa deseado extinguiendo la enzima después de un tiempo de reacción determinado con referencia a la correlación predeterminada. También se contempla que el contenido de maltosa puede ser controlado, realizando el licuado bajo condiciones menos óptimas, aunque esto no se prefiere, ya 5 que puede resultar de esto un contenido de glucosa mayor y/o azúcares con peso molecular inferior en la mezcla del producto. De acuerdo con está modalidad de la presente invención, se pueden preparar varios productos que tienen diferentes contenidos de maltosa. Por ejemplo, se 10 contempla que se puede preparar un producto en el cual el # contenido de maltosa es del 10%, 20% ó 30%. En cada caso el contenido combinado de glucosa y de oligosacáridos en el rango pp de 3 a 10, puede mantenerse debajo de aproximadamente el 10%, y preferentemente, debajo del 5%. 15 Se pue¡de encontrar la amilosa retrógrada como un subproducto de la hidrólisis enzimática. De acuerdo con una modalidad de la presente invención, por lo menos 1 parte de la amilosa retrógrada es separada de la mezcla del producto. Por ejemplo, se puede mantener la solución 20 sacarificada a una temperatura menor a aproximadamente 59.94°C para permitir que por lo menos una parte de la amilosa retrógrada se cristalice. Posteriormente, la amilosa cristalizada puede ser separada de la mezcla de almidón sacarificado a través de cualquier técnica 25 adecuada, tal como mediante microfiltración, por lo que • se contempla una separación a una resolución suficiente para separar la amilosa retrógrada aunque, no suficiente para separar la maltosa de los carbohidratos de peso molecular mayor en la mezcla del producto. De manera 5 alternativa, la amilosa retrógrada puede ser separada a través de centrifugación, utilizando cualquier técnica conocida en la materia o alguna otra que se encuentre adecuada . De acuerdo con una modalidad de la presente invención, un producto de maltosa de alta pureza se • separa de la mezcla del producto. Más preferentemente, un producto de maltosa se separa de la mezcla del producto a través de ultrafiltración de la mezcla del producto, por lo cuál se contempla la separación de la maltosa de los carbohidratos de peso molecular mayor utilizando una membrana u otro medio de separación adecuado, que sea efectivo para este propósito. Generalmente, es adecuada # una membrana que tenga un corte de peso molecular (MWCO) de 10,000 o menos preferentemente un MWCO de 5000 o menos. Las membranas comercialmente disponibles adecuadas están disponibles en Syndar Filtration y en Osmonics DeSal . Al momento de la ultrafiltración, el impregnado incluye un líquido de maltosa de alta pureza, en cuanto es evaporado hasta obtener un contenido de sólidos superior (mayor a 55%) que se cristalice al momento del enfriamiento. La purera de la maltosa obtenida al momento de la cristalización, puede ser tan alto como el 98%, con niveles de dextrosa debajo del nivel de detección del análisis HPLC convencional. El reten, normalmente incluirá un carbohidrato de peso molecular mayor que tiene un DE menor a 5 y parte de maltosa retenida. Si se desea, el material retenido puede ser diafiltrado para recuperar la maltosa adicional enjuagando el filtro con agua en abundancia. De acuerdo con otra modalidad de la presente invención, la mezcla del producto obtenida al momento de la hidrólisis enzimática del almidón, es secada por rocío. De manera sorprendente, se ha descubierto que es posible un secado por rocío un producto de maltosa preparado tal como se mencionó anteriormente. Aunque no se pretende limitar la presente invención a una teoría de operación en particular, se considera que la composición del producto es especialmente adecuada para secado por rocío, debido quizá a la cantidad de maltotriosa relativamente baja, la cual es substancialmente más higroscópica que la maltosa. El carbohidrato de peso molecular aJ to en el producto puede funcionar como un aumentador efectivo de secado por rocío. Antes del secado por rocío, la mezcla del producto puede ser aclarada y decolorada, y la amilasa retrógada puede ser removida tal como se mencionó anteriormente. Los porcentajes de carbohidratos aquí proporcionados, se expresan en una base de sólidos secos por peso total del carbohidrato. Los ejemplos que se encuentran a continuación, se proporcionan para ilustrar la presente invención, aunque no deben ser construidos como una limitación para el alcance . EJEMPLO 1 Este ejemplo, ilustra la preparación de la maltosa a partir de almidón de maíz ceroso. El almidón a partir de maíz ceroso se elaboró hasta una pasta acuosa que contiene del 12 al 15% de sólidos y un pH de 6.0 a 7.0. Posteriormente, la pasta fue licuada mediante cocción a chorro a través de un Hidro Termal Jet (modelo No. M103-030) a una temperatura de 148.74°C, de 4.22 a 4.57 kg/cm2 (60 a 65 psi) con un tiempo de residencia de 5 minutos a 148.74°C, de 3.52 a 3.87 kg/cm2 (50 a 55 psi) . El licuado fue inmediatamente enfriado, el pH fue ajustado a 5.5 con ácido clorhídrico, y dosificado con beta-amilasa. Utilizando una enzima beta-amilasa de cebada comercial (Genencor International, Inc. OPTIMALT BBA), la dosificación fue de 6.15 unidades DP por kilogramo de almidón o 0.05% en peso de gramos de enzima líquida por gramo de almidón seco. La sacarificación se llevó a cabo a una temperatura de 59.94°C durante de 4 a 24 horas. ¡ Posteriormente, la solución fue separada mediante ultrafiltración a través de una membrana de y^W' polisulfona 3000 MWCO (Syndar Filtration) . El impregnado, que contiene aproximadamente el 6% de sólidos, posteriormente fue evaporado hasta el 70% de sólidos, el cual contuvo no menos del 95% de maltosa. El contenido de malto-oligosacáridos en la solución de impregnado, se evaluó mediante HPLC utilizando una columna Fenomenex • Rezex-RSO-oligosacárido/Plata con detección Rl , y se descubrió lo que sigue: Tal como se observa, la presente invención proporciona un producto de maltosa de una pureza extremadamente alta, únicamente con el 2% de glucosa y • sacáridos que tienen un DP mayor a 3. EJEMPLO 2 20 Este ejemplo, ilustra la preparación de maltosa a partir de almidón de dientes de maíz amarillo procesado molido húmedo, bajo diferentes condiciones de licuado. El almidón de dientes de maíz fue licuado bajo diferentes condiciones de reacción, tal como se determina en la siguiente tabla. El pH del almidón se ajustó en donde fue necesario, y posteriormente se sacarificó con una enzima beta-amilasa tal como en el ejemplo 1. Posteriormente, las muestras fueron filtradas a través de una membrana 3000 MWCO y analizada tal como en el ejemplo 1, produciendo los resultados reportados en la tabla que se encuentra a continuación.

Nd * No detectado Todos los ejemplos proporcionaron un producto de maltosa con una pureza muy alta, proporcionando incluso el ejemplo 2F un producto de pureza superior al que se puede obtener de manera convencional sin separación cromatográfica . EJEMPLO 3 Este ejemplo ilustra el licuado de almidón de dientes de maíz amarillo procesado por molido húmedo con una enzima alfa-amilasa.

En dos corridas por separado, el almidón procedente de los dientes de maíz amarillo procesados por molido húmedo se ajustó hasta un contenido de sólidos de 12 ó 25% de sólidos secos base, y se ajustó el pH a un pH de 5.50 con ácido clorhídrico. Posteriormente, cada pasta de almidón fue dosificada con una enzima alfa-amilasa licuada (Novo TERMAMYL SC) hasta 0.005-0.02% de sólidos secos base. Posteriormente, las pastas fueron cocinadas por chorro a una temperatura de 109.89°C a 143.19°C con un tiempo de residencia de 5 a 20 minutos. Posteriormente, la alfa-amilasa fue eliminada reduciendo el pH del licuado a menos de 4.0 y manteniéndola a una temperatura de 82.14°C a 87.69°C durante 15 minutos. Posteriormente, los licuados fueron sacarificados con una enzima beta-amilasa, posteriormente filtrados y evaporados tal como en el ejemplo 1. Este procedimiento se siguió para las siguientes condiciones de reacción, produciendo los siguientes productos . 12% de sólidos, 0.01% de dsb Termamyl SC, 132.09°C F/20 min, 4% de p roductos sólidos. % de sólidos, 0.2% de dsb Termamyl Sc, 109.89°C F/5 min, amortiguador de ácido, 18% de productos sólidos El ejemplo anterior proporcionó un contenido de maltosa del 88.3%, el cual, aunque fue menor al de W 5 algunos de los ejemplos anteriores, fue mayor al que se puede obtener en forma convencional . EJEMPLO 4 Este ejemplo, ilustra la cristalización de la amilosa retrógrada a partir de la mezcla de almidón sacarificado. • Esta solución sacarificada del ejemplo 2, se mantuvo a una temperatura de 54.39°C durante de 18 a 24 horas. Fue necesario mantener este tiempo para la formación lenta, completa de cristales de amilosa. Posteriormente, esta mezcla sacarificada fue prefiltrada a través de un microfiltro mínimo de porosidad de 0.1 a 0.8 mieras (membranas cerámicas de Filtro E.U.A.). La filtración se llevó a cabo a temperaturas no mayores a 59.94°C para mantener la amilosa retrógrada insoluble. El tamaño de poro del filtro fue seleccionado para producir un flujo mínimamente turbio en el impregnado. Para un proceso que utiliza el 15% de almidón con sólidos secos alimentado con un pH de 3.5, un filtro de 0.8 mieras aclarará en forma adecuada el material de alimentación.

El material retenido de la prefiltración, se enriqueció en la fracción de amilosa y el impregnado contuvo maltosa y carbohidratos de peso molecular superior. El análisis del tamaño de partícula de amilosa utilizando un Mastersizer de Malvern Instruments Ltd., mostró que el 90% de los cristales de amilosa fueron de tamaño de entre 1 y 20 mieras. La distribución del tamaño del cristal parece ensancharse y disminuir en tamaño conforme el proceso incrementa en sólidos y disminuye en pH. En un contenido de sólidos del 25% y un pH de 3.0, es necesario un filtro de 0.1 mieras para un aclaramiento mínimo . El filtrado del paso de microfiltración, posteriormente fue ultrafiltrado tal como se describió anteriormente para generar un producto de maltosa de alta pureza . EJEMPLO 5 Este ejemplo ilustra el reciclado de una fracción de carbohidrato de peso molecular superior. El material retenido obtenido del ejemplo 2, fue reciclado y mezclado con almidón molido húmedo hasta obtener un contenido de sólidos del 12 al 14% en una proporción de 3:2 de sólidos retenidos a sólidos de almidón, y procesado tal como se describe en el ejemplo 2, manteniéndose el paso de sacarificación de 4 a 5 horas. El impregnado de maltosa obtenido al momento de la ultrafiltración, fue analizado y se descubrió que tiene la siguiente ¡composición: Tal como se puede observar, se proporcionó un producto de maltosa de alta pureza. EJEMPLO 6 Este ejemplo ilustra que se pueden utilizar varias 10 membranas en la ultrafiltración de maltosa a partir del • producto formado al momento de la sacarificación enzimática . El material fue procesado a través del paso de microfiltración tal como se describe en el ejemplo 4. Se 15 procesaron muestras a escala de laboratorio en una unidad de fibra hueca de A/G Technology Corp. (AGT UFP-3-C-4A 3000 NMWC) . Este filtro se corrió con una bomba peristáltica Masterflex (modelo 7553-70) con una cabeza Masterflex (modelo 70 15-52) conectada con tubería 20 Norprene (modelo 6402-15). Se acostaron los rangos de recirculación para mantener las presiones entre 0.70 kg/cm2 (10 psi) y 1.41 kg/cm2 (20 psi) . Se probaron muestras a gran escala en elementos de devanado espiral disponibles en el mercado instalados y 25 operados en una Planta Piloto de una Sola Etapa UF/RO Modelo R16 de NIRO Inc. Los elementos evaluados fueron comprados en Syndar Filtration (PES 3000 MWCO VT2B3838) o en Osmonics DeSal (GH/G-10, GK/G-20 y GM/G-50 3838) . Las t condiciones de operación fueron las especificadas por el fabricante de la membrana. El impregnado se muestreó y analizó mediante HPLC. Los resultados son promedios de las muestras de impregnado múltiple.

EJEMPLO 7 Este ejemplo demuestra la capacidad para secado por rocío jarabes de maltosa de diferentes composiciones. Se preparó un jarabe de maltosa tal como se describe en el ejemplo 2, utilizando una alimentación de almidón dsb al 15%. Se evaluaron tres composiciones, incluyendo el material de alimentación de ultrafiltro que contenía 65% de maltosa y 35% de material de carbohidrato de alto peso molecular que tiene un DE menor a 5 (el "65/35 de material"), el material de impregnado de ultrafiltro que contenía el 95% de maltosa y el 5% de carbohidrato de alto peso molecular (el "95/5 de material"), y una mezcla de estos materiales que contenían 90% de maltosa y el 10% de carbohidrato de alto peso molecular (el "90/10 de material") . Estas soluciones fueron secadas por rocío en un secado or Rocío Yamoto-Ohkawara DL-41 con una boquilla 2850-SS y un orificio 65-5 SS . Las condiciones de operación fueron: secado por aire de 0.75 m3/iuin, atomización de aire de 0.25 Mpa, rango de alimentación 20 ml/min, temperatura de entrada 300°C, temperatura de salida 100°C. Los sólidos alimentados fueron del 6% al 30% de dsb para el 65/35 y 90/10 de material. El polvo seco producido a partir de estos dos productos, contenía un contenido de humedad de 2 a 3%. Se derritió el 95/5 de material en la línea de recepción a estas temperaturas, pero fue secado en forma efectiva a una temperatura reducida de 200°C de temperatura de entrada, 80°C de temperatura de salida, con un contenido de humedad resultante de 2.5%. EJEMPLO 8 Este ejemplo describe una producción piloto de escala ascendente de la maltosa de alta pureza. Se hizo pasta un almidón de dientes de maíz amarillo comercial disponible en Grain Processing Corporation of Muscatine, Iowa (B 200), hasta obtener un nivel de sólidos del 15% de dsb y un pH de 3.5 con ácido clorhídrico. La pasta fue alimentada en un rango de 2 gpm a través de un chorro Hydroheater Serie M103 AS a una presión de 4.22 kg/cm2 (60 psi) y a una temperatura de 148.74°C. El tiempo de residencia posterior al chorro fue de 7.5 minutos dando como resultado un licuado primario de una viscosidad Shell Cup (Norcross Corp.) de 25 cp . El pH del licuado se ajustó en forma continua a 5.5 con ceniza de soda, y se enfrió a través de un intercambiador ?- de calor a una temperatura de 59.94°C. El licuado se dosificó con Spezyme BBA (Genencor International, Inc.) a un nivel de 0.05% de dsb y se convirtió a temperatura a través de un rector de flujo de tapón de ocho etapas con F agitación continua y un tiempo de residencia total de 8 horas. El producto sacarificado fue aclarado pasando el producto a través de una unidad de filtración de cerámica Modelo-C de NIRO con un manojo de cerámica de 0.8 um de 19 elementos Membrelox. El impregnado aclarado, posteriormente fue ultrafiltrado a través de una unidad de ultrafiltración Modelo-U de NIRO que contiene F membranas DeSal G-50. Se recolectó el impregnado ultrafiltrado, se evaporó hasta el 70% de sólidos y se almacenó en lotes de 110.23 kg (50 libras) . Se muestrearon dos elotes y se ensayaron para la pureza de maltosa mediante HPLC y el contenido de iones mediante cromatografía de ion Dionex. La siguiente tabla, resume estos resultados. 25 y^f W^ Tal como se puede observar, se produjo un producto de maltosa que tiene una pureza muy alta. No se detectó glucosa, y el contenido total de azúcares en el rango DP de 3 a 10 es muy bajo. • EJEMPLO 9 Este ejemplo describe la baja producción de jarabe de maltosa al 75% en dextrosa y maltotriosa. Se hizo pasta un almidón de dientes de maíz amarillo disponible en el mercado hasta obtener un contenido de sólido del 25% de dsb y un pH de 3.0 con ácido clorhídrico. La pasta fue licuada a una temperatura de 148.74°C en un reactor de escala de laboratorio tal como se describe en el ejemplo 1, con un tiempo de residencia de 7.5 minutos dando como resultado un licuado de viscosidad Shell Cup de 21 cp . El licuado se enfrió a una temperatura de 59.94°C, se ajustó el pH a 5.5 con ceniza de soda, y se dosificó con Spezyme BBA a 0.5% de dbs tal como se describió anteriormente. Después de mantener durante 8 horas a una temperatura de 59.94°C, el producto % VMÍTS sacarificado fue microfiltrado en una unidad Modelo-R de i NIRO utilizando un filtro de cerámica de 0.1 µm de Membralox. El impregnado tuvo el 17% de sólidos y fue secado por rocío en un secador por rocío de escala piloto de 15.24 cm con una boquilla SC43, a una presión de alimentación de 140.62 kg/cm2 (2000 psi), temperatura de entrada de 265.29°C a 287.49°C, temperatura de salida de 120.99°C. El producto fue analizado mediante HPLC. Como un control, se analizaron dos jarabes de 10 maltosa disponibles en el mercado mediante HPLC. La W siguiente tabla muestra los resultados del análisis de cada producto.

El perfil DP del producto de maltosa preparado de 25 acuerdo con el ejemplo 9, fue marcadamente diferente de los jarabes disponibles en el mercado. Tal como se puede observar, el producto del ejemplo 9 tuvo un contenido de maltotriosa mucho menor (DP3) que cualesquiera de los jarabes comerciales. 5 Por lo tanto, se observa que la presente invención proporciona un proceso para preparar un producto de maltosa de alta pureza. El producto puede ser preparado sin separación cromatográfica para producir un producto que tiene un contenido de glucosa muy bajo y malto- 10 oligosacáridos que tienen un DP que fluctúa de 3 a 10. Aunque se han mostrado las modalidades particulares de la presente invención, quedará entendido que la misma no se limita a estas, ya que los expertos en la materia pueden realizar modificaciones, particularmente a la luz de las enseñanzas anteriores. Por lo tanto, se contempla por medio de las reivindicaciones adjuntas cubrir cualesquiera modificaciones que incorporen las * características que constituyen las características esenciales de estas mejoras dentro del espíritu y alcance real de la presente invención. Todas las referencias y solicitudes pendientes mencionadas en la presente invención, están incorporadas en su totalidad a la misma como referencia. La Solicitud de Patente Norteamericana Serie No. 09/795,996, presentada el 28 de Febrero del 2001 por Richard L. Antrim y Clark Lee y el número de expediente legal de cesionario 209498, también está . incorporada a la presente invención como referencia. Wß F

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención, se considera corno novedad y por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: ^«^^w^ 5 REIVINDICACIONES 1. Un método para preparar un producto de maltosa superior, que comprende: tratar un almidón con una enzima que consiste esencialmente de una enzima beta-amilasa bajo condiciones 10 adecuadas para formar un mezcla del producto que incluye • maltosa y por lo menos un carbohidrato de peso molecular alto; y recuperar una fracción rica en maltosa de la mezcla del producto mediante ultrafiltración de la mezcla del 15 producto, separando por lo menos substancialmente de este modo la maltosa del carbohidrato de peso molecular mayor.
2. Un método de conformidad con la reivindicación 1, ^ en donde la mezcla del producto es una mezcla de producto líquido que contiene amilosa retrógrada, en donde el 20 método comprende además, dejar que por lo menos una parte de la amilosa retrógrada se cristalice a partir de la mezcla; y separar -la amilosa retrógrada cristalizada de la mezcla .
3. Un método de conformidad con la reivindicación 1, que comprende además licuar el almidón con una enzima alfa-amilasa; y eliminar la enzima alfa-amilasa antes de tratar el almidón con la enzima beta-amilasa.
4. Un método de conformidad con la reivindicación 1, en donde la fracción rica en maltosa comprende por lo menos el 85% de maltosa en peso con base a sólidos secos.
5. La fracción rica en maltosa preparada a través del método de conformidad con la reivindicación 4.
6. Un método de conformidad con la reivindicación 1, en donde la fracción rica en maltosa, comprende por lo menos el 90% de maltosa en peso con base a sólidos secos.
7. La fracción rica en maltosa preparada a través del método de conformidad con la reivindicación 6.
8. Un método de conformidad con la reivindicación 1, en donde la fracción rica en maltosa comprende por lo menos el 95% de maltosa en peso con base a sólidos secos.
9. La fracción rica en maltosa preparada a través del método de la reivindicación 8.
10. Un método para preparar un producto de maltosa secado por rocío, en donde el método comprende: tratar un almidón con una enzima que consiste esencialmente de una enzima beta-amilasa bajo condiciones adecuadas para formar una mezcla del producto que incluye maltosa y por lo menos un carbohidrato de peso molecular alto; y secar por rocío la mezcla del producto.
11. Un método de conformidad con la reivindicación ^ w 5 10, en donde la mezcla del producto es una mezcla del producto líquida que contiene amilosa retrógrada, en donde el método comprende además: dejar que por lo menos una parte de la amilosa retrógrada se cristalice a partir de la mezcla del 10 producto; y F separar la amilosa retrógrada cristalizada de la mezcla del producto antes de ser secada por rocío la mezcla del producto.
12. Un método de conformidad con la reivindicación 15 10, en donde el método comprende además licuar el almidón con una enzima alfa-amilasa; y eliminar la enzima alfa-amilasa, antes de tratar el almidón con la enzima beta-amilasa.
13. El producto secado por rocío preparado de 20 conformidad con la reivindicación 10.
14. Un producto de maltosa que comprende: por lo menos el 70% de maltosa en peso con base a sólidos secos y por lo menos el 20% en peso con base a sólidos secos 25 de un carbohidrato que tiene un DP mayor a 10, siendo proporcionado el producto de maltosa por medio de un proceso que comprende: tratar un almidón con una enzima que consiste esencialmente de una enzima beta-amilasa bajo condiciones 5 adecuadas para formar una mezcla del producto que incluye por lo menos el 70% de maltosa con base a sólidos secos.
15. Un producto de maltosa que comprende: por lo menos el 30% de maltosa en peso con base a sólidos secos y 10 de 0 a 10% en peso con base a sólidos secos • combinados de glucosa y oligosacáridos, que tienen un DP que fluctúa de 3 a 10, siendo proporcionado el producto de maltosa por medio de un proceso que comprende: tratar un almidón con una enzima que cosiste 15 esencialmente de una enzima beta-amilasa bajo condiciones adecuadas para formar una mezcla del producto que incluye por lo menos el 30% de maltosa con base a sólidos secos. F
16. Un producto de maltosa de conformidad con la reivindicación 15, incluyendo el producto de maltosa por 20 lo menos el 50% por peso con base a sólidos secos de maltosa .
17. Un producto de maltosa de conformidad con la reivindicación 15, incluyendo el producto de maltosa por lo menos el 65% en peso con base a sólidos secos de 25 maltosa.
18. Un producto de maltosa de conformidad con la reivindicación 15, incluyendo el producto de maltosa por lo menos el 70% en peso con base a sólidos secos de maltosa .
19. Un método para preparar un producto de maltosa, que comprende : iniciar el tratamiento de un almidón con una enzima que consiste esencialmente de enzima beta-amilasa bajo condiciones adecuadas para formar una mezcla del producto que incluye maltosa, y eliminar la enzima cuando el contenido de maltosa del producto ha alcanzado un nivel deseado, ocurriendo la extinción después de un tiempo de reacción, estando determinado el tiempo de reacción con base con una correlación predeterminada entre los tiempos de reacción y los contenidos de maltosa para la enzima y el almidón.
20. Un método de conformidad con la reivindicación 19, que comprende además elaborar una determinación empírica de la correlación entre los tiempos de reacción y los contenidos de maltosa.
21. Un método para preparar un producto de maltosa, en donde el método comprende: proporcionar un almidón que contiene amilosa; licuar el almidón; y X tratar el almidón con una enzima que consiste esencialmente de una enzima beta-amilasa bajo condiciones adecuadas par formar una mezcla del producto que incluye por lo menos el 30% de maltosa con base a sólidos secos, J 5 siendo realizado el licuado bajo condiciones adecuadas para volver el almidón por lo menos substancialmente líquido a la temperatura a la cual el almidón se trata con la enzima beta-amilasa, dando como resultado una mezcla del producto en la cual el contenido 10 de glucosa y oligosacáridos combinados que tiene un DP que fluctúa de 3 a 10, no es mayor al 10%.
22. Un método de conformidad con la reivindicación 21, incluyendo el producto de maltosa por lo menos el 65% de maltosa en peso con base a sólidos secos. 15
23. Un método de conformidad con la reivindicación 21, en donde el contenido de glucosa y oligosacáridos combinados que tiene un DP que fluctúa de 3 a 10, no es mayor al 5%.
24. Un método de conformidad con la reivindicación 20 23, en donde el almidón es licuado hasta obtener un equivalente de dextrosa de entre 0 y 1.
25. Un método de conformidad con la reivindicación 21, en donde el almidón es licuado hasta un punto en el que la viscosidad del almidón fluctúa de 25 a 45 centipoises (Shell Cup) a la temperatura en la cual el almidón se trata con la enzima beta-amilasa.
26. El producto preparado a través del método de JHr* conformidad con la reivindicación 21. •