MXPA97000916A - Preparacion de productos de inulina - Google Patents

Abstract

La presente invención describe un procedimiento para clarificar un extracto de inulina crudo por ultrafiltración y separación de una solución acuosa de inulina que contiene carbohidratos que tienen una escala de grados de polimerización en fracciones que se tienen diferentes grados de polimerización promedio que comprende someter una solución acuosa de inulina a ultrafiltración a través de una membrana que tiene un tamaño de poro predeterminado por el cual fracciones de inulina que tienen grados de pilimerización promedio menores de un valor predeterminado pasan a través de dicha membrana como material penetrable y las fracciones de inulina que tienen grados de polimerización promedio mayores de dicho valor predeterminado son recogidas como material retenido.

Description

PREPARACIÓN DE,PRODUCTOS DE INULINA REFERENCIA CRUZADO A SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud reclama prioridad de la solicitud provisional copendiente Serie No. 50/011,104, presentada el 5 de febrero de 1996.

CAMPO DE LA INVENCION La invención se refiere a la preparación de productos a partir de inulina.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION La inulina es un fructo-oligosacárido que ocurre naturalmente compuesto de una mezcla de oligómeros de grados de polimerización variables ("GP") o pesos moleculares que ocurren naturalmente en plantas tales como cebolla, ajo, alcachofa de ZJerusalén, dalia y achicoria para almacenamiento de energía vegetal. La inulina producida por diferentes plantas, en diferentes etapas en el ciclo de crecimiento de una planta, o bajo diferentes condiciones climáticas, normalmente tendrán diferentes GP promedio. Una de las limitaciones que enfrenta la industria actualmente, a saber, es que ?n cultivo entero de raíces se debe cosechar y procesar dentro de dos meses para obtener la mulina antes de que 'e desdoble en fructosa. La presente si+?ación (usando los métodos de la técnica anterior) requiere una instalación grande para procesar una gran cantidad de material, en un tiempo corto, lo que impide el uso efectivo de la economía de escala debido a que la instalación de procesamiento quedaría ociosa durante una gran parte del ario. En Europa, la achicoria se usa como Ja fuente para la inulina. En la técnica anterior, la inulma se extrae de las raices de achicoria remojando la verdura rebanada (cosse++s) en agua caliente, o macerando las raíces, después pasteupzando el puré y filtrando el extracto. EJ extracto resultante contiene una mezcla compleja de longitudes de cadena de tamaño variable de fructosa ligada 0(2->l) ocasionalmente con un residuo de «-D-glucopirasonilo en el extremo reductor de la cadena, junto con fructosa, glucosa, sacarosa, sales, grasas, proteínas y aminoácidos. El calentamiento del puré se considera esencial para activar las enzimas degradadoras de inulina (inulinasas) . Las proteínas y otros componentes se remueven mediante tratamiento con cal, y/o carbón y tierra diatomácea, después la corriente de carbohidrato se desioniza con resinas de intercambio de iones. Cuando se desea una fracción de inuJma de peso molecular (PI ) alto o GP grande, es típicamente aislada mediante precipitación con etanol, cristalización, cromatografía o ultrafiltración. Estos métodos se empleaban para reducir el contenido de mono- y disacáridos, sales o aminoácidos a la escala de PM bajo, y para reducir el contenido de proteínas, fibras de celulosa y otros residuos en el extremo de PM alto. En donde la ultrafiltración se ha aplicado en la técnica anterior, era para hacer una sola separación removiendo los componentes de Pfl bajo como el material que penetraba la membrana mientras retenía la inulina de PM mayor. Por ejemplo, Berghofer y otros (citados más adelante) han usado la ultrafiltración para remover componentes distintos a la inulina usando cartuchos de fibra hueca con salida para pesos moleculares de 2000 o 5000 (Rornicon PM2 o PM5 respectivamente), pero este método da por resultado la pérdida de rnás de la mitad de la muíina sin fraccionamiento evidente. En donde Jos fructo-oligosacáridos de GP bajo son el producto deseado, en la actualidad la industria usa ya sea ácidos o enzimas para desdoblar las fracciones de PM alto para lograr una composición de calidad común. Esto requiere procesamiento adicional al indicado anteriormente para efectuar la hidrólisis, después remover la enzima o ácido mineral sumándose así al costo global del procedimiento. La presente invención provee un procedimiento que obvia la necesidad de lograr productos de inulina de calidad uniforme mediante el uso de técnicas para desdoblar las fracciones de PM alto. Aprovechando la distribución natural de las composiciones, la presente invención tampoco restringe la recuperación de inulinas a partir de productos naturales a un tiempo estrecho de cosecha y procesamiento. El tiempo de procesamiento puede entonces ser ventajosamente prolongado durante un periodo mas grande, y permitir asi el procesamiento gradual de la cosecha en una instalación mas pequeña que es operada continuamente todo ol año. Aunque el presente procedimiento puede usar mulina desde cualquiera de las fuentes comunmente disponibles, la alcachofa de JerusaLen está mejor adaptada par-a la agricultura en Norteamérica (clima, Una contribución adicional de esta invención es el uso de filtración de membrana para clarificar el extracto, haciendo así innecesario el uso de cal y carbonación, o filtración usando auxiliares de filtración (tales como tierras diatomaceas o silíceas), y para usar una serie de membranas con escalas de salidas para pesos moleculares discretos para generar una familia o serie de productos de nulina purificada útiles para uso humano como alimento o en compuestos terapéu icos. Estos productos comprenden una serie de fracciones que tienen escalas de GP relativamente estrechas, que tienen diferentes propiedades que les permiten funcionar en distintas capacidades en sistemas de alimentos. Por ejemplo, las escalas de GP mayores sirven como espesadores y/o reernplazadores de grasas, mientras que las escalas de GP menores se sabe que tienen propiedades en sistemas de alimentos que se asemejan a las del azúcar (sacarosa). Las escalas intermedias no est n cornercialmente disponibles en la actualidad, sino que se espera que sean más parecidos a los azúcares que las escalas de GP mayores, pero para dar mas espesamiento que las escalas de GP bajas tales como las que se obtienen por hidrólisis. Puesto que el PM promedio de la inulina en tubérculos de alcachofa de Zlerusalén (y otras fuentes tales como tubérculos de achicoria y dalia) se sabe que varía con el tiempo de cosecha (el PM menor favorecido en tubérculos cosechados más recientemente), el fraccionamiento y mezclado pueden servir par'a proveer un producto consistente y permitirla formulación de mezclas "particulares" para aplicaciones específicas. El mezclado permite consistencia de la composición para cualquier producto dado, por lo que las propiedades son consistentes y predeci les - esto es muy importante en el procesamiento de alimentos, por lo que la for ulación puede ser la misma de un porción a otra. El mezclado también permite la preparación de una variedad de productos que tienen diferentes perfiles de peso molecular.

BREVE DESCRIPCIÓN DE Lfl INVENCION La invención provee un procedimiento para clarificar un extracto de inulma crudo por ultrafiltración y separación de una solución acuosa de inulina que contiene carbohidratos que tienen una escala de grados de polimerización en fracciones que tienen diferentes grados de polimerización promedio que comprende someter una solución acuosa de inulina a ultrafiltración a trav s de una membrana que tiene un tamaño de poro prede ermi ado por el cual las fracciones de inuJina que tienen grados de polimerización promedio menores de un valor predeterminado pasan a través de dicha membrana corno material penetrable y las fracciones de mulina que tienen grados de polimerización promedio mayores de dicho valor predeterminado son recogidas como material retenido.

LO TÉCNICA ANTERIOR La producción de inulma a partir de materiales vegetales tales como tubérculos de alcachofa de Jerusalén , dalia y achi coria normalmente se logra usando el si guiente procedimiento general : 1. Lavar los t ubérculos ; 2. Picar, triturar o rebanar los tubérculos ; 3. Extraer la ín?l ina de los tubérculos con agua ; 4. Tratar con cal y dióx ido de carbono ; 5. Filtrar; y 5. Recuperar la inulma por evaporación o precipitación. La inulina se puede someter a calor y/o ajuste de pH en alguna etapa en el procedimiento para desnaturalizar inuli asa. La biología, química y análisis de mulina y substancias relacionadas se revisa en "Science and Technology of Fructans", M. Suzuki y N.3. Chatteron, Eds.. CRC Press, Boca Ratón, FL , 1993. Una revisión de tecnología relacionada con la mulina se encuentra en "Tnulm and Inulin-contai ing Crops", S. Fuchs, Ed., Elsevier Science Publishers B.V., Amsterda , 1993. En particular, véase Vogel , "A PROCESS FOR THE PRODUCTION OF INULIN AND ITS HYDROLYSIS PRODUCTS FROM PLANT MOTERIAL" , pp. 65-75; Berghofer y otros, "PILOT-SCOLE PRODUCTION OF JNULIN FROM CH1C0RY ROOTS AND ITS USE TN FOODSTUFFS", pp. 77-84; y Vukov y otros, " PREPARATION OF PURÉ INUL3N AND VARIOUS INULIN-CONTAINING PRODUCTS FROM 3ERUSALEM ARTJCHOKES FOR HUMAN CONSUMPTION AND FOR DIAGNOSTIC USE", pp. 341-345. El articulo de Berghofer y otros, anteriormente citado, menciona el uso de cartuchos de membrana de fibra hueca (Romicon PM-2 y PM-5) para ultrafil ración de una solución de mulina acuosa. En la página 80 se establece que "Usando una membrana adecuada se prueba que es posible retener las partículas de mulma de peso molecular alto en el material retenido mientras que al mismo tiempo la mayor parte de la ceniza y las substancias nitrogenadas pasan hacia el material penetrable". Por lo tanto, el procedimiento se usó corno un medio para purificar la inulina, más que para separarla en fracciones que tienen diferentes distribuciones de peso molecular. En Proceedings of the Fifth Seminar on Inulm (Procedimientos del V Seminario sobre Inulma), sostenido el 27 de octubre de 1995, A. Fuchs, Editor, publicado por la Fundación de Investigación de Carbohidratos (La Haya, Holanda), en las páginas 65-66, estableció lo siguiente: "Las inulinas de cadena corta deben ser separadas de la inulina de cadena larga por ultrafiltracion o nanofiltración en una escala preparativa. Por lo tanto, se han llevado a cabo algunos experimentos para determinar si no era posible separar inulina de cadena corta (D0<4) de inulina de cadena larga (D0>10). Para este fin, se probaron varias membranas de ultrafiltración para su capacidad para separar inulina de mono- y disacáridos por una parte, y en varias fracciones de inulina con distribución de peso molecular diferente, por la otra. Los datos sobre la composición de carbohidratos de los filtrados (figura 8) muestran, que no era posible una separación o fraccionamiento de ningún tipo" .

DESCRIPCIÓN DETOLLODO DE Lfl INVENCION Como se indicó anteriormente, la invención provee un procedimiento para clarificar un extracto de inulina crudo por filtración de membrana y separando una solución acuosa de inulina que contiene carbohidratos que tienen una escala de grados de polimerización en fracciones que tienen grados de polimerización promedio diferentes que comprende someter una solución acuosa de inulina a filtración de membrana a través de una membrana que tiene un tamaño de poro predeterminado por eJ cual las fracciones de muí ina que tienen grados de polimerización promedio menores que un valor predeterm ado pasan a través de la membrana como material penetrable y las fracciones de ulina que tienen grados de polimerización promedio mayores que dicho valor predeterminado se recogen corno material retenido. La invención es util, por ejemplo, soluciones de inulma contienen carbohidratos que tienen grados de polimerización promedio dentro de la escala de 1 (fructosa o glucosa) a apro imadamente sesenta, en fracciones que contienen escalas más estrechas preseleccionadas de grados de polimerización. Un problema común encontrado por quienes realizan las técnicas de filtración es el ensuciamiento de la superficie de la membrana debido a la deposición de residuos y otros componentes en el material de alimentación sobre la superficie de la membrana dando por resultado un flujo disminuido del material penetrable a través de la membrana (velocidad de flujo). El método de filtración de membrana de flujo cruzado provee un medio para lograr esto forzando la alimentación para mover ortogonalmente en relación con la dirección de penetración, barriendo así constantemente la superficie de la membrana sin residuos. Técnicas adicionales usadas para reducir o evitar el ensuciamiento incluyen agitación mec nica de la membrana o incremento del esfuerzo cortante o turbulencia del material de alimentación en la superficie de la membrana. Técnicas comúnmente empleadas para incrementar el esfuerzo cortante incluyen una velocidad de flujo de material de alimentación muy rápida a través de la membrana y/o el uso de deflectores en la trayectoria del material de alimentación de recirculación. Al escoger el método para clarificación de una corriente cruda (tal como el extracto de inulina cruda) se puede emplear cualquiera de varias configuraciones (por ejemplo, membranas de fibras huecas o espirales) mientras se tenga cuidado de evitar ensuciamiento excesivo de la superficie de la membrana. En un aspecto, la invención provee un procedimiento que comprende los pasos de: (a) recuperar inulina a partir de una fuente natural de inulina (v.gr., tubérculos de alcachofa de Jerusalén, achicoria y dalia) para producir así una primera solución acuosa que contiene (i) inulina que tiene una escala de grados de polimerización y (ii) impurezas, dichas impurezas incluyendo por lo menos un miembro del grupo que consiste de minerales, aminoácidos, proteínas, grasas, fragmentos de pared celular, materia coloidal y materia en partículas tal como tierra y, someter dicha solución acuosa a un paso de desnaturalización (v.gr., calentando) para desnaturalizar por lo menos una enzima seleccionada a partir del grupo que consiste de enzimas degradadoras de inulina y enzimas formadoras de color para producir una segunda solución acuosa; (b) clarificar dicha solución acuosa por lo menos mediante uno de los métodos enseñados en la técnica anterior (por ejemplo, el uso de cal y carbonacion, centrifugación, filtración con ayuda de tierras diatomácea o silícea, y/o tratamiento con carbón) en combinación con filtración de membrana de flujo cruzado, o muy preferiblemente, por filtración de membrana de flujo cruzado solo para remover material en partículas, materia coloidal, impurezas coloreadas o microorganismos para producir una tercera solución acuosa; (c) remover impurezas iónicas e impurezas formadoras de color de dicha tercera solución acuosa (tal como mediante tratamiento con cal y CO2 ) o muy preferiblemente, haciendo pasar la tercera solución acuosa a través de un medio absorbente tal como carbón activado, resinas absorbentes, o una combinación de ambas, para formar una cuarta solución acuosa; y d) someter la mulina en dicha cuarta solución acuosa a fracciones que tienen diferentes grados de polimerización promedio que comprende someter la cuarta solución acuosa a ultrafiltración a través de una membrana de ultrafiltración que tiene un tamaño de poro predetermi ado por lo que las fracciones de inulma que tienen grados de polimerización promedio menores de un valor predeterminado pasan a través de dicha membrana como material penetrable y las fracciones de inulina que tienen grados de polimerización promedio mayores de un valor predeterminado son recogidas como material retenido (pasos (c) y (d) pueden ser invertidos en esta secuencia). (e) el aislamiento de inulina seca puede ser cualquier método conocido por los expertos en la técnica (tal como precipitación, cristalización, secado por aspersión, secado en tambor, etc.). La siguiente es una descripción de un procedimiento a escala de laboratorio para producir fracciones de mulina a partir de un producto vegetal (tubérculos de alcachofa de Derusalén) de acuerdo con la invención: Aislamiento de inulina de tubérculos de alcachofa de Jerusalén - Operación 1. A. Extracción Tubérculos de alcachofa de Jerusalén (272.1 kg) se lavaron y a los mismos se les quitaron residuos. Los tubérculos limpios se segregaron en lotes de 22-23 kg y se les aplicó vapor a presión atmosférica durante 10 minutos aproximadamente. Una pequeña cantidad de líquido se recogió de los tubérculos (2.57 kg por 22.7 kg de tubérculos). La masa de los tubérculos disminuyó da 22.2 kg después de la aplicación de vapor. Se calentó agua de la llave (masa igual a la masa inicial de los tubérculos) a ebullición en un recipiente de 378 1 con camisa para vapor. Los tubérculos a los que se aplicó vapor se trituraron usando ?n triturador de carne y los tubérculos molidos se pesaron (20.96 kg en promedio por lote). La mayor parte de la pérdida se atribuye a evaporación de agua y, a un menor grado, recuperación incompleta del triturador. Los tubérculos molidos se transfirieron al <-»gua hervida y se extrajeron durante 10-15 minutos. Toda la masa se transfirió después por un conducto o se recogió de la descarga inferior del recipiente a una prensa neumática forrada con tela de muselina para retener los fragmentos de tubérculos. El extracto filtrado en caliente se recogió y se pesó. La cantidad promedio recogida fue de 26.5 kg de extracto por 22.7 kg de carga de tubérculos frescos. Un total de 317.7 kg se recogieron por este método. El extracto se sometió después a alta temperatura (143.3°C) durante 5-15 seg, se embotelló en recipientes estériles de 3.78 1 o 9.45 1 y se almacenó en refrigeración.

B. Clarificación de extracto crudo de tubérculos de alcachofa de Jerusalén La clarificación se logró en un sistema de recirculación compuesto de un deposito de alimentación, una bomba Uilden MI (de grado alimenticio) (presión de suministro de a re de 6.327 g/cm2) equipada con un descargador de pulso Blacoh Sentry Til, y una presión rnanométpca antes del cartucho de membrana para medir la presión de entrada. Un cartucho de fibra hueca de 5.08 cm (HF) con diámetro de fibra de 0.5 y área de superficie de membrana de 0.93 m2 se colocó ver í cálmente y se alimentó desde el fondo. Se usó Romicon HF-10-20-PM10 (10,000 NMUCO), pero también pueden servir otros productos similares. Una presión anométrica sobre el Jado de descarga de la membrana indicó la presión de salida. Una válvula de aguja después del manómetro se usó para añadir retropresión al sistema. El producto concentrado se hizo regresar despu s al tanque de alimentación para completar el circuito. El material penetrable se recogió en un recipiente limpio de 20 J . La velocidad de recirculación fue de 4-6 gprn, presión de entrada de 1.75 a 2.19 kg/c 2 y presión de retorno de 0.28 a 0.35 I<g/crn2. Durante la clari icación del extracto crudo, se observó un flujo de material penetrable de 100 a 120 rnl/rnin. Cuando la solución se concentró a apro imadamente 20% del volumen original, tres ciclos de di filtración C'Diafiltración" es un modo de operación de ultrafiltración. En la diafiltración, se añade solvente puro al sistema continuamente o como un lote, seguido de remoción adicional de material penetrador. De esta manera, una solución de acrosolutos se pueden lavar esencialmente sin icrosolutos. Dicho de otra manera, la "diafiltración" es la dilución y penetración simultaneas] se llevó a cabo añadiendo un volumen igual de agua al material de alimentación para reducir la viscosidad y reconcentrar el material penetrable al volumen original. Aproximadamente 114 1 de extracto se concentraron a aproximadamente 20 1. Aproximadamente 154 1 de material penetrable se recogieron, incluyendo 60 l de tres ciclos de diafiltración. Mediciones de Brix tomadas del material penetrable fueron micialrnente de aproximadamente 10-12°Bx, después disminuyó a 6°Bx antes de la diafiltración. Durante la diafiltración, la concentración de inulina en el material penetrable disminuyó hasta 0.2°Bx. Fl concentrado mostró una clarificación del extracto, este procedimiento de filtración de fibras huecas remueve la fracción de peso molecular muy alto (GP>40) de la inul na que es sólo escasamente soluble en agua.

C. Ultrafiltración de extracto clarificado ( raccionamiento de inulina de grado de polimerización bajo) El material penetrable recogido de la clarificación con HF (un total de 153.75 kg que contenía J.77 kg de inuJina) se recirculó a través de un cartucho de membrana enrollada en espiral (SU) (DESAL G10, 2.5K NMUCO) C'NMUCO" representa límite de peso molecular nominal] con aproximadamente 2.6 rn2 de área de membrana. Un total de 101.65 kg que contenían 10.7 kg de carbohidratos se combinaron en el tanque de mezclado y la recirculación se estableció. Muestras del concentrado (Cl, 10.5°Bx) y material penetrable (Pl, 3.3°Bx) se quitaron. La concentración se continuó durante 49 minutos a aproximadamente 65 litros. Se añadieron 35.5 kg adicionales que contenían 0.95 kg de carbohidratos, el material de alimentación nuevamente se concentró a aproximadamente 70 1 y los 16.6 kg finales que contenían 0.13 kg de carbohidratos se añadieron al material de alimentación. Después de 33 minutos, el concentrado (C2, 15.8°Bx) y el material penetrable (P2, 3.1°Bx) se muestrearon. La concentración se continuó durante 1.5 horas a un volumen final de aprox. 10 1. El concentrado se diluyó con 18.2 kg de agua desionizada y la diafiltración continuó a un volumen final de aprox. 10 1. El material retenido nuevamente se diluyo con 18.1 kg de agua desionizada y el concentrado (C3, 24°Bx) y el material penetrable (P3, 6°Bx) se rnuest rearon. La diafiltracion ee resumió durante 35 minutos adicionales a un volumen final de aproximadamente 10 litros de concentrado. El material de alimentación se diluyó nuevamente con una tercera porción de agua desionizada (18.1 kg) y la diafiltración se continuó durante 30 minutos adicionales a un valor final de 13.75 kg (24.4°Bx). La concentración di material penetrable (P4) fue de 2.5°Bx. Los materiales penetrables de la diafiltración se mantuvieron separados del material penetrable inicial. El material penetrable se recogió en diez recipientes de 20 1 y se almacenó en forma congelada durante la noche. La velocidad de flujo promedio calculada fue de 362.6 l/m2/día. El concentrado resultante (es decir, material retenido) tuvo una distribución de peso molecular que cambió fuertemente hacia la porción de peso molecular superior de una escala estrecha, como se muestra en el cuadro I. Las distribuciones de peso molecular en este experimento y en los experimentos los resultados se reportan en los cuadros IT y III se determinaron por cromatografía de exclusión por tamaño [Cromatografía de exclusión por tamaño. Se empleó un sistema compuesto de una bomba Uaters 510, controlador de gradiente Uaters, Automuestreador UISP, un sistema de 3 columnas (Pheno enex PolySep P3000, P2000 t P1000 (7.8x300 rn, colocados en orden de elución), un detector Shodex RI-71, y un detector rniniDAUN MALLS. Los datos se procesaron por ASTRA para UINDOUS v. 4.00. La fase móvil fue N N3 0.05% isocrática en agua purificada, y se filtró a través de un filtro de 0.2µ. La velocidad de flujo fue de 0.6 ml/min.

CUADRO I Los DP (1-4) se removieron (es decir, pasaron a través de la membrana como material penetrable) casi por completo y algunas cadenas ligeramente más grandes (DP 5-8) también fueron removidas a ?n menor grado para dar un producto retenido con DP de aproximadamente 6-25 como 72% de la masa de inulina, DP 4-7 a 21%, 5.5% de DP 4, y menos de 1% de DP 3. No estuvieron presentes cantidades detectables de sacarosa o monosacapdos. El material penetrable contenía principalmente DP 4-f (40%), cantidades aproximadamente iguales de DP 4 (23%) y 3 (20%) y cantidades menores de sacarosa (DP 2 ) (7%), monosacáridos (4%) y sales (5%). La composición del material concentrado y el material penetrable cambió durante la penetración dependiendo del grado de ultrafiltración o diafiltración, como se ve en el cuadro II, a continuación: CUADRO II Cambio de material penetrable NMUCO de 2.5 K como una función de concentración Por lo tanto, se hizo evidente que regulando críticamente el tiempo del grado de concentración fue posible ajustar la composición del material concentrado para obtener una composición deseada en el material penetrable. Esto sería ventajoso par'a producir una variedad de productos a partir de un solo maten aJ de alimentación. Además, permite que el investigador obtenga un producto subßtancialmente libre de componentes calóricos no deseados (GP 1 y 2) con un solo sistema de membrana, en lugar de requerir dos pasos de tratamiento de membrana separados. El material penetrable de la membrana G10 fue sometido a ultrafi Itración adicional sobre un DESAL G5 (SU, 2540, 0.24 rn , 1K de NMUCO) para remover los componentes de peso molecular más bajo. Los primeros 7 (de 10) tambores de 18.9 1 de material penetrable G10 se añadieron al tanque de alimentación. Se estableció la recirculación y cuando el material penetrable empezó a fluir, se muestreó el material de alimentación y el material penetrable. El material de alimentación empezó a concentrarse a aproximadamente 45 1 y el material concentrado y el material penetrable se mueetrean de nuevo. El tambor 8 se añadió al material concentrado cuando el nivel alcanzó 40 1 y el material de alimentación se concentro de nuevo a 40 1. El mismo procedimiento se siguió con los tambores 9 y 10. Las muestras de material de alimentación (17.2°Bx) y el material penetrable (0.9°Bx) se to aron después de que el último tambor de alimentación se concentró a 20 1. La concentración continuó a 15 1, el material de alimentación se diluyo con 10 kg de agua desionizada y la diafiltracion se continuó a una masa final de 16.4 kg de material concentrado (28.5°Bx). La velocidad de flujo promedio se calculó a 240.3 l/m2/d?a. El material concentrado resultante contenía niveles significativamente reducidos de sacarosa, monoeacapdos y sales, co o se ve en el cuadro III, a continuación: CUADRO III D. Decoloración y desionización A 12.03 kg de extracto (ya sea antes o después de clarificación/separación de la membrana; en este caso realizándose después de las separaciones de la membrana), teniendo una lectura de 27.5% Brix, se añaden a una suspensión de 578.2 g de hidroxido de calcio (cal) suspendidos en 1.J6 kg de agua. Se a adio dióxido de carbono gaseoso a la mezcla con agitación vigorosa. Las entradas de cal y di xido de carbono se regulan de tal manera que para controlar el pH entre aproxi adamente 10.4 y 10.7; la adici n inicial de cal elevo el pH del extracto, originalmente a aproximadamente 5.5, a 11.0, y dio por- resultado la formación de un precipitado floculante así co o la formación de una coloración verde-amarilla brillante. Después de completarse la adición de cal, el pH se ajustó a aproximadamente 10.4 con la adición de dióxido de carbono, y la mezcla se dejó reposar durante la noche. Después de reposar durante la noche, el pH se redujo a neutro por adición de dióxido de carbono. El dióxido de carbono (303 g de carbón en polvo KBFF) se añadió a la mezcla calada; la masa de mezcla final fue de 14.98 kg con lectura de Brix de 24 grados. La mezcla resultante se centrifugó para remover el volumen de los precipitados. La clarificación de la mezcla se logró usando 500 K de membrana HF con tres ciclos de diafiltración usando una membrana de 500 K de NMUCO HF con tres ciclos de diafiltración. Aproximadamente 74% del contenido de carbohidratos se recuperó. Las condiciones de centrifugación podrían centrifugarse para remover también efectivamente el carbono, pero esto implicaría el uso de grandes cantidades de auxiliar de filtro corno Ceiite. Es más conveniente remover el volumen del precipitado por centrifugación, y subsecuentemente pasar el filtrado resultante a través de una membrana de coraza-y-tubo o de fibra hueca de porosidad adecuada para remover el carbono residual o contaminación microbiana. La solución clara se hizo pasar sobre una columna de Dowex Monosphere 550A (forma de cloruro) a 0.12 volúmenes de lecho por minuto. Aproximadamente 64% de los sólidos disueltos (basados en grados Brix) se recuperaron de la resina. El. efluente se hizo pasar inmediatamente a través de una columna de resina de lecho mixta (Dowex MR- ) a la misma velocidad que la columna anterior. El pH y la conductividad se supervisaron para asegurar que el pH no bajara más allá de 4 y la conduc ividad permaneciera menor que 1 rnS. A medida que la resina se agotaba, el pH cayó rápidamente de 5 3 y la conductividad se elevó de 0.1 a 0.3 rnS. Una columna de resina fresca se usó para continuar el procedimiento. Apro imadamente 64% de los sólidos disueltos se recuperaron a partir de este paso basado en determinación de Brix.

E. Aislamiento de inulina sólida La solución del paso anterior que contenía 3.54 kg de inulina se concentró por evaporación giratoria a una concentración de 28.5°Brix. Una porción de esta solución se secó por aspersión sobre un secador por aspersión usando una temperatura de entrada de 195°C y una temperatura de salida de 120°C a una velocidad de alimentación de 2.5 kg/hora. La inulina seca (3.07 kg) se recuperó como un producto granulado fino que era moderaclamente higroscópico.

Aislamiento de inulina a partir de tubérculos de alcachofa de Jerusalén - Operación 1. A. Extracción La extracción se llevó a cabo como se describe en la opción 1 anterior.

B. Clarificación de extracto crudo Extracto crudo (15 kg, 10°Brix) se clarificó usando 500 k de un módulo de NMUCO HF (3.81 x 63.5 cm) con 0.087 2 de membrana y 1.0 mm de diámetro de lumen (A/G Technology, Inc). La recirculación fue de aproximadamente 6 gp . La presión de entrada fue de 2.11 kg/cm2 y una presión de salida de 0.211 a 0.351 hg/cm . La velocidad de flujo inicial fue de 256 ml/rnin que disminuyó a 194 ml/min a una recuperación de volumen de 80%. El concentrado se sometió a diafiltración hasta que la concentración del material penetrable se sometió a 1.5°Bpx. Este procedimiento ee repitió hasta que se obtuvieron 126.2°Br?x de material penetrable (incluyendo el material penetrable por diafiltración). El material penetrable combinado se concentró por filtración de flujo cruzado usando IK de modulo NMUCO SU (DESAL G5, 6.35 x 101.6 c , 2.6 r ) a 49.5 kg par facilitar el almacenamiento y reducir la concentración de contaminantes de peso molecular bajo. Esto es ventajoso para reducir la necesidad de regeneración o reemplazo de resinas de intercambio de iones y/o adsorbedores de carbón activado posteriormente en el procedimiento.

C. Desionización continua y decoloración del extracto clarificado El material penetrable se diluyo a 10°Brix procesado de una manera continua haciéndolo pasar secuendal ente a través de cuatro columnas (10„16 a 60.96 cm) empacada con los siguientes adsorbedores en orden de uso: 1. Mitsubishi P308 (C1-); 2. Dowex Monosphere 550A Í0H-); 3. Dowex Marathón C de intercambio de cationes (H+): 4. Darco 12 x 20 LT, carbón activado granuJado (GAO. La solución eluida es supervisada sobre la base de adsorbancia a 268 nrn y conductividad. El orden de los adsorbentes se puede variar para satisfacer- las necesidades del procedimiento o especificaciones del producto. En el presente caso, el uso de la resina de cloruro como el primer paso es ventajoso en cuanto que remueve efectivamente el color y cambia fácilmente aniones que son difíciles, si no imposibles, de remover con la forma de hidróxido de Ja resina sola. La ubicación de la resina de hidróxido antes de la resina acida también evita o reduce al mínimo las excursiones de pH hacia las regiones acidas que están dañando al poli fructano.

D. Fraccionamiento de inulina desionizada/decolorada El principio fundamental para esta operación es la separación de poblaciones de inul a de diferente longitud de 7 n cadena usando una serie de membranas. Mientras que esto normalmente se podría lograr por cromatografía de exclusión por tamaño a escala comercial, el uso de una serie de membranas, adecuadamente escogidas por su peso molecular empíricamente determinado, puede proveer un medio más económico de hacer poblaciones de peso molecular relativamente estrecho o amplio, según se desee con diferentes propiedades físicas. Una secuencia típica de membranas puede ser ascendiendo o descendiendo el orden de NMUCO: sin embargo, un orden mixto de NMUCO puede proveer una mezcla ligeramente diferente de longitudes de cadena que lo que se lograría mediante el uso estrictamente secuencial de membranas de NMUCO cada vez mayores o cada vez menores. 1. Fraccionamiento preparativo de inulina con diafiltración; medición de por ciento de rechazo Una solución de mul a purificada (55.8 kg, 9.6°Br?x) se concentró usando un módulo de membrana (6.35 x 101.6 crn) con un 3.5 K de NMUCO nominal. 9.36 kg (l7.4°Bpx) recuperado de concentrado C-l, y 46.4 kg de material penetrable P-l (5.2°Bpx). El concentrado C-l (8.84 kg) se diluyo a 30.6 kg y se volvió a concentrar con un módulo de membrana de 10 K de NMUCO. El concentrado final C-2 (6.1 kg, 8.7ßBr?x) se almacenó en forma congelada. El material penetrable P-2 se combinó con P-l. Los materiales penetrables combinados se concentraron en un módulo de membrana de 2.5 K de NMUCO. El concentrado C-3 (5.18 kg, 10.4°Br?x) se congelaron. El material penetrable P-3 (58.6 <j , 2.9°Bpx) se concentro con un modulo de membrana de 1 K de NMUCO para dar- el concentrado C-4 (10.9 kg, 9.30Br'ix) que también se almaceno en forma congelada. El material penetrable P-4 (47.7 kg, 0.5°Br?x) se desecho. El cuadro que se da más adelante resume el por ciento de rechazo de componentes de mulina medido para cada membrana. El por ciento de rechazo (%R) [Matson, S.L., "Membrane Separat ons" ; Capitulo 8 en Membrane Separations Technology. Principies and Applications. R.D. Noble y S.A. Stern (eds.), Elsevier, 1995. Pp. 353-413, especialmente la página 393] se calculó de acuerdo con la fórmula: %R = Clog(Cr/C0 )/log(V0/Vr ]xl00% en donde Cr es la concentración en el material retenido, C0 es el del material de alimentación, Vr es el volumen del material retenido, y V0 el volumen del material de alimentación. Si un componente no era detectable en el material de alimentación pero era medible en el material concentrado, el % de rechazo calculado era mucho mayor que el 100%, pero el valor en el cuadro siguiente se indica como 100%. De manera similar, algunos de los componentes de GP muy bajo (GP 1, 2 y 3-4) se calculó para tener un % de rechazo negativo en el módulo de 10K NMUCO, pero el valor que se indica es 0% de rechazo.

CUADRO IV X de rechazo calculado para componentes de inulina por las membranas con límites de peso molecular nominal (NMUCO) distintos GP 10K NMUCO 3.5K NMUCO 2.5K NMUCO 1K NMUCO 245 - 405 100% 100% 1.00% 100% 148 - 245 100% 100% 100% 100% 89 - 148 100% 100% 100% 100% 54 - 89 100% 100% 100% 100% 23 - 54 .1.00% 100% 100% 100% - 33 69.95% 87.57% 100% 100% 12 - 20 49.72% 76.27% 100% 100% 7 - 12 37.6% 71.40% 99.72% 1.00% 4 - 7 35.45% 55.18% 77.98% 72.37% 3 - 4 0.00% 58.63% 68.14% 85.29% 3 0.97% 17.81% 51.18% 81.30% 2 0.00% 13.08% 34.03% 82.64% 1 0.00% 0.80% 12.69% 54.75% 2. Aislamiento de fracciones de inulina En este procedimiento, una carga inicial de inulina de achicoria se hizo pasar secuencialmente a través de cuatro etapas de fraccionamiento de membrana diferentes (10K, 3.5K, 2.5K, 1.0K NMUCO) para dar cuatro productos con composiciones distintas en términos de la distribución de peso molecular de uí i na. Una solución purificada de inulina en agua (10% p/p; 100.21 kg) se calentó a 40°C par-a disolver- el material de peso molecular alto. La solución se sometió a ul rafil ración a través de un modulo de enrollamiento espiral (6.35 x 101.6 crn; 10K NMUCO) hasta que quedo 34.84% de la masa original. El material concentrado se sometió a tres ciclos de diafil ración (un ciclo consiste de dilución con una masa igual de agua seguido de concentración al volumen original). El material concentrado restante después de la diafiltración (10KC1) se almacenó ba o congelamiento. El materiales penetrables combinados del paso anterior se concentraron por filtración de flujo cruzado usando modulo de enrollamiento espiral (6.35 x 101.6 cm; 3.5K NMUCO) hasta que quedó 9.3% de la masa de material de alimentación como material concentrado. El material concentrado después se sometió a tres ciclos de diafiltración co o antes para dar un material concentrado de 3.5KC2. Los materiales penetrables combinados de 3.5KC2 se concentraron a aproximadamente la mitad del volumen original usando un módulo de membrana de 1K NMUCO. El material penetrable se desecho y el material concentrado se fracciono posteriormente usando módulo de 2.5K NMUCO. El material concentrado fue 10.2% de la masa de material de alimentación original, y se sometió a diafiltración corno se describió antes para dar material concentrado 2.5KC3. Los materiales penetrables de la concentración y diafiltración se concentraron finalmente en un módulo de membrana 1K NMUCO (8.07% de masa original) y se sometió a tres ciclos de diafiltración para dar J.0KC4. Loe materiales penetrables de este último paso se desechó. El por ciento de la composición de cada material concentrado se tabuló más adelante.

CUADRO V Composición de fracciones de inulina obtenidos por filtración de membrana de flujo cruzado Escala de GP 10KC1 3.5KC2 2.5KC3 1.0KC4 33 - 54 1.93% 3.60% 0% 0% 20 - 33 11.73% 12.58% 2.27% 0% 12 - 20 23.71% 22.25% 9.95% 0% 7 - 12 25.92% 26.06% 22.22% 5.61% 4 - 7 17.88% 19.86% 27.79% 14.72% 3 - 4 6.98% 7.65% 14.36% 15.02% 3 4.26% 3.88% 8.46% 17.73% 2 3.73% 2.24% 6.76% 32.53% 1 3.85% 1.89% 8.20% 14.40%

Claims (9)

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES

1.- Un procedimiento para separar una solución acuosa de inulina que contiene carbohidratos que tienen una escala de grados de polimerización en fracciones que tienen grados de polimerización promedio diferentes que comprende someter una solución acuosa de inulina a ultrafiltración de membrana a través de una membrana que tiene un tamaño de poro predeterminado por el cual las fracciones de inulina que tienen grados de polimerización promedio menores que un valor predeterminado pasan a través de la membrana como material penetrable y las fracciones de inulina que tienen grados de polimerización promedio mayores que dicho valor predeterminado se recogen como material retenido.

2.- Un procedimiento de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque la membrana de ul rafiltración tiene una configuración de enrollamiento espiral.

3.- Un procedimiento de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque dicha solución de inulina acuosa contiene carbohidratos que tienen un grados de polimerización dentro de la escala de 1 (fructosa o glucosa) a aproximadamente sesenta.

4.- Un procedimiento de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque dicha solución de ulina acuosa contiene ul a derivada de alcachofa de Jerusalén, dalia y achicoria.

5.- Un procedimiento de conformidad con la reivindicación l, caracterizado ademas porque dicho tamaño de poro predeterminado está dispuesto y construido para hacer pasar- a ravés del mismo fracciones de ínulma que tienen pesos moleculares seleccionados del grupo que consiste de aproximadamente 1K, 2.5K, 3.5K y 10K.

6.- Un procedimiento que comprende los pasos de: (a) recuperar mulina a partir de una fuente natural de inulina para producir así una primera solución acuosa que contiene (i) uí ina que tiene una escala de grados de polimerización y (n) impurezas, dichas impurezas incluyendo por lo menos un miembro del grupo que consiste de minerales, aminoácidos, proteínas, grasas, fragmentos de pared celular, materia coloidal y materia en partículas; (b) someter dicha primera solución acuosa a un paso de desnaturalización para desnaturalizar por lo menos una enzima seleccionada a partir del grupo que consiste de enzimas degradadoras de nulina y enzimas formadoras de color para producir una segunda solución acuosa; (c) clarificar dicha segunda solución acuosa para remover material en partículas, materia coloidal y microorganismos para producir una tercera solución acuosa; (d) remover impurezas iónicas e impurezas forrnadoras de color de dicha tercera solución acuosa para formar una cuarta solución acuosa; y (e) someter la ulina en dicha cuarta solución acuosa a fracciones que tienen diferentes grados de polimerizaci n promedio que comprende someter la cuarta solución acuosa a ultrafiltración a través de una membrana de ultr iltración que tiene un tamaño de poro predeterminado por lo que las fracciones de mulina que tienen grados de polimerización promedio menores de un valor predeterminado pasan a través de dicha membrana como material penetrable y las fracciones de inulina que tienen grados de polimerización promedio mayores de un valor predeterminado son recogidas como material retenido.

7.- Un procedimiento de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el paso (b) es un paso de calentamiento.

8.- Un procedim ento de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el paso (c) comprende hacer pasar la segunda solución acuosa a través de un medio de filtro apropiado.,

9.- Un procedim ento de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado ademas porque el paso (d) comprende hacer pasar la tercera solución acuosa a través de un medio absorbente.