PL223149B1 - Sposób wytwarzania preparatu skrobiowego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania preparatu skrobiowego.

Znane są metody przetwórstwa skrobi na drodze enzymatycznej hydrolizy, które polegają na skleikowaniu i rozpuszczeniu ziarn skrobi oraz prowadzeniu procesu upłynniania w temperaturze 80-110°C, a następnie prowadzeniu procesu scukrzania w temperaturze 55-65°C. Znane procesy są wysoce energetyczne i w związku z tym nadmiernie kosztowne. Znane są też niskoenergetyczne sposoby przetwórstwa skrobi z wykorzystaniem enzymatycznej hydrolizy. Np., z opisu zgłoszenia patentowego nr P.401041 znany jest sposób niskotemperaturowej, enzymatycznej hydrolizy skrobi, tj. w temperaturach poniżej temperatury kleikowania, a nawet pęcznienia skrobi z jednoczesnym wytwarzaniem enzymatycznego modyfikatu skrobiowego, charakteryzującego się nierozpuszczalnością w zimnej wodzie. Według znanego sposobu, wodną zawiesinę ziarn skrobi o zawartości od 5 do 40% wag. suchej substancji skrobi, korzystnie 20% wagowych, poddaje się enzymatycznej hydrolizie przy zastosowaniu biokatalizatorów w postaci enzymów amylolitycznych dostępnych na rynku, takich jak: alfa-amylaza lub alfa-amylaza maltogenna, lub glukoamylaza, lub mieszanina alfa-amylazy i glukoamylazy. Znany proces prowadzi się w wodnej zawiesinie ziarn skrobi różnego pochodzenia botanic znego: ziemniaczanej lub tapiokowej, lub kukurydzianej, lub pszennej - o zawartości od 5 do 40% wag. suchej masy. Następnie, doprowadza się zawiesinę do optymalnej wartości pH dla stosowanego enzymu jako biokatalizatora i prowadzi się reakcję w temperaturze poniżej 50°C, korzystnie 45°C, stosując dawkę enzymu w ilości od 100 do 4000 cm /t suchej substancji skrobi. Według znanego sposobu proces prowadzi się w czasie od 1 do 24 godzin, korzystnie 12 godzin, po czym mieszaninę rozdziela się na fazę stałą oraz fazę ciekłą. Faza stała stanowi modyfikat skrobiowy zawierający od 51 do 98% wagowych suchej substancji skrobi biorącej udział w reakcji. Faza ciekła ma postać roztworu cukrów maltooligosacharydów i stanowi hydrolizat skrobiowy, wynoszący od 2 do 49% wagowych suchej su bstancji skrobi wprowadzonej do reakcji. Ponadto, z opisu patentowego PL nr 210786 znany jest sposób skojarzonego wytwarzania enzymatycznych hydrolizatów skrobiowych o niższym i wyższym stopniu scukrzenia, który polega na przynajmniej dwuetapowej hydrolizie enzymatycznej, przy czym pomiędzy pierwszym a kolejnym etapem znanego procesu prowadzi się obróbkę termiczną hydrolizatu o niższym stopniu scukrzenia, o DE nie wyższym niż 25, w temperaturze 100-170°C w czasie 1-2000 sekund. W kolejnym etapie znanego sposobu całość mieszaniny poddaje się pierwszemu etapowi filtracji, podczas którego hydrolizat jest rozdzielany na dwa strumienie różniące się koncentracją zanieczyszczeń, przy czym przynajmniej jeden ze strumieni, w tym zawsze strumień o wyższej koncentracji zani eczyszczeń poddaje się kolejnej hydrolizie bądź kolejnym hydrolizom, prowadzącej lub prowadzącym do otrzymania hydrolizatu o wyższym stopniu scukrzenia, o DE powyżej 25, który rozdziela się na strumień hydrolizatu o wyższym stopniu scukrzenia pozbawiony zanieczyszczeń oraz na odpad o wysokiej koncentracji zanieczyszczeń. Znany jest także, z opisu patentowego RP nr P.390036 sposób otrzymywania skrobi modyfikowanej w postaci preparatu stosowanego, zwłaszcza, do klejenia osnów tkackich, przy czym obróbkę skrobi chemikaliami prowadzi się w zawiesinie wodnej o gęstości 1,147 g/cm ^, w temperaturze 20-50°C, w czasie 0,5-5 godzin, po czym otrzymany półprodukt odwadnia się i suszy do wilgotności 12-14%. W końcowym etapie, półprodukt poddaje się procesowi prażenia w temp. 110-140°C, w czasie 15-60 minut.

Znane sposoby jednorazowo wykorzystują stosowane enzymy, co powoduje, że ich potencjał biokataliczny nie jest w pełni wykorzystany i tracony bezpowrotnie. Wyżej przedstawionej niedogodności nie ma sposób według wynalazku, który polega na wytwarzaniu preparatu skrobiowego z użyciem enzymów, zapewniając pełne wykorzystanie ich zdolności biokatalicznych przez ich dalsze stosowanie, wraz z rozpuszczalnymi oligosacharydami, w produkcji hydrolizatów skrobiowych, stosowanych w wyrobach spożywczych lub paszowych. Enzymy odzyskuje się poprzez ich wymycie wraz z cukrami rozpuszczalnymi.

Sposób według wynalazku polega na traktowaniu enzymami amylolitycznymi skrobi w postaci wodnej zawiesiny, przy czym stosuje się: enzym alfa-amylazę lub alfa-amylazę i inne amylolityczne: amylazę maltogenną lub glukamylazę. Reakcję prowadzi się w temperaturze poniżej 50°C, przez czas do 8 godzin, przy dawce enzymów od 1000 do 1212 ml na tonę suchej substancji skrobi.

W wyniku zastosowanej obróbki enzymatycznej zachodzą drobne uszkodzenia poszczególnych ziarn skrobi, co skutkuje zmniejszeniem średniej masy cząsteczkowej polisacharydu i ubytkiem masy substratu, który przechodzi do roztworu w formie rozpuszczalnych oligosacharydów, a wyrażony jest przez refraktometryczny pomiar ekstraktu, który charakteryzuje się wartością od 0,05 do 0,30°Bx

PL 223 149 B1 w odniesieniu do jednej setnej części suchej substancji zawartej w mieszaninie reakcyjnej. Zakończenie reakcji nie wiąże się z inaktywacją enzymów, lecz realizuje się poprzez oddzielenie enzymów i cukrów rozpuszczalnych od półproduktu nierozpuszczalnego - na drodze filtracji lub dekantacji. Na koniec, zimną wodą spożywczą o temperaturze od 15 do 25°C jednostopniowo lub wielostopniowo odmywa się półprodukt nierozpuszczalny, zapewniając przewagę ilościową wody w stosunku do półproduktu nierozpuszczalnego od 2 do 10 razy, jednocześnie oczyszczając go z rozpuszczalnych cukrów i enzymów. W ten sposób zachodzi ubytek masy substratu, zależny zarówno od reakcji enzym atycznej, sposobu oddzielenia, jak również od stopnia odmycia. Natomiast wartość procentowego ubytku suchej substancji produktu skrobiowego w stosunku do suchej substancji substratu skrobiowego jest taka sama jak wartość procentowego zmniejszenia średniej masy cząsteczkowej molekuł sacharydu w nierozpuszczalnym półprodukcie skrobiowym, który - po odmyciu wodą i wysuszeniu do zawartości wody poniżej 20% - stanowi preparat skrobiowy o wysokiej czystości w formie drobnego proszku o częściowo depolimeryzowanej cząsteczce naturalnej skrobi. Nieoczekiwanie stwierdzono, że liczba molekuł sacharydu w preparacie skrobiowym jest taka sama jak w substracie skrobiowym.

Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że enzymy, wraz z rozpuszczalnymi oligos acharydami, nie są tracone, lecz mogą być przeznaczone do ponownego wykorzystania w klasycznej technologii enzymatycznej hydrolizy skrobi, celem otrzymywania typowych hydrolizatów skrobiowych (np. syropy skrobiowe). W tym celu rozpuszczalne oligosacharydy wraz z enzymami należy wymieszać z surowcem skrobiowym i uzyskaną zawiesinę poddać typowej obróbce, już bez potrzeby dodawania enzymów.

Preparat skrobiowy w formie uwodnionej lub suchej, otrzymany z danego rodzaju skrobi, sposobem według wynalazku, ma formę nierozpuszczalnych w zimnej wodzie gałeczek, odznacza się częściowo depolimeryzowaną cząsteczką w stosunku do substratu i wykazuje niższą lepkość w porównaniu z produktami otrzymywanymi dotychczasowymi znanymi metodami, co można bezpośrednio wykorzystać w aplikacjach (szczególnie wytwarzanie koncentratów spożywczych) lub dalszych modyfikacjach. Zaletą tak otrzymanego preparatu skrobiowego, w odróżnieniu od innych znanych, jest to, że nie zawiera inaktywowanego enzymu (enzymów), a więc nie zawiera również denaturowanego białka enzymatycznego, co wpływa na polepszenie jego jakości: wyższa czystość, poprawa stabiln ości lepkości.

Stosując sposób według wynalazku uzyskuje się pełne wykorzystanie suchej substancji przetwarzanej skrobi.

Przedmiot wynalazku może znaleźć zastosowanie w przetwórstwie skrobi przy otrzymywaniu preparatów skrobiowych na cele spożywcze i farmaceutyczne.

Przedmiot wynalazku przedstawiono bliżej w poniższych przykładach, nie ograniczających zakresu wynalazku.

P r z y k ł a d 1

Przygotowano wodną zawiesinę skrobi ziemniaczanej o koncentracji 25% przez zmieszanie 125 g skrobi ziemniaczanej, o wilgotności 20%, z 275 g wody, po czym skorygowano kwasowość mieszan iny do pH 5,3, a następnie dodano enzym alfa-amylazę pn. Liquozyme Supra w ilości 0,1 ml. Zawiesinę podgrzano do temperatury 42°C i w tej temperaturze prowadzono reakcję enzymatyczną przez 8 godzin, ciągle mieszając, po czym oznaczono refraktometrycznie ekstrakt, który osiągnął wartość 5,5°Bx. Następnie, nie stosując inaktywacji enzymu, oddzielono ekstrakt od osadu poprzez sedyme ntację i dalej wymywano osad wodą i dekantowano, uzyskując wilgotny preparat skrobiowy.

Równolegle, porównawczo, przeprowadzono podobne doświadczenie, lecz bez użycia enzymu. Obie niewysuszone próby, tj. preparat skrobiowy i skrobię, wysuszono w temperaturze 45°C. Otrzymano 84,0 g suchej substancji preparatu skrobiowego i 98,5 g suchej substancji skrobi. Uzyskane próbki scharakteryzowano za pomocą żelowej metody chromatograficznej (GPC), uzyskując wartości polidyspersyjności makrocząsteczki: dla preparatu skrobiowego 15,0 a dla skrobi 17,9.

P r z y k ł a d 2

Do 330 kg zawiesiny skrobi kukurydzianej o koncentracji 30%, zakwaszonej do pH 5,0, dodano enzym alfa-amylazę pn. Liquozyme Supra w ilości 60 ml i enzym glukoamylazę pn. AMG 300 w ilości 60 ml, po czym prowadzono reakcję enzymatyczną, w mieszalniku z płaszczem grzewczym, w temperaturze 48°C, którą kontynuowano tak długo, aż ekstrakt osiągnął wartość 8°Bx. Następnie, nie akt ywując enzymów, mieszaninę reakcyjną poddano odwirowaniu w wirówce filtracyjnej, celem oddziel enia osadu od ekstraktu. Osad odmywano czterokrotną masą wody w stosunku do masy osadu, a stężenie ostatniej porcji odcieku wynosiło 1°Bx. Otrzymany osad suszono w suszarce pneumatycznej,

PL 223 149 B1 uzyskując 91,0 kg handlowego preparatu skrobiowego o wilgotności 17%, co oznacza wydajność 75,5% suchej substancji preparatu skrobiowego w stosunku do suchej substancji wprowadzonej skrobi. Tak otrzymany preparat skrobiowy został wykorzystany do produkcji nowego rodzaju kleiku. Natomiast, ekstrakt połączono z odciekami, do których dodano nową porcję skrobi kukurydzianej - w takiej ilości, że stężenie suchej substancji w tej mieszaninie osiągnęło wartość 15%. Mieszaninę tę poddano konwencjonalnej hydrolizie enzymatycznej przez 30 godzin w warunkach pH 5,0 i temperatury 65°C, wykorzystując aktywne enzymy zawarte w ekstrakcie i odciekach. Uzyskano hydrolizat skrobiowy o wartości równoważnika glukozowego DE 70. Hydrolizat ten wykorzystano jako składnik węglowodanowy pożywki w procesie biotechnologicznym produkcji kwasu cytrynowego.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania preparatu skrobiowego, polegający na poddaniu skrobi reakcji enzym atycznej w środowisku wodnym, w obecności alfa-amylazy lub alfa-amylazy i innych enzymów amylolitycznych, jak amylaza maltogenna lub glukoamylaza, znamienny tym, że w temperaturze poniżej 50°C, w czasie do 8 godzin, przy dawce enzymów od 1000 do 1212 ml na tonę suchej substancji skrobi prowadzi się reakcję enzymatyczną w wodnej zawiesinie skrobi, po czym - nie inaktywując enzymów - oddziela się cukry rozpuszczalne i enzymy od półproduktu nierozpuszczalnego na drodze filtracji lub dekantacji, a odmywając wodą półprodukt nierozpuszczalny uzyskuje się - po wysuszeniu do zawartości wody poniżej 20% - preparat skrobiowy w formie drobnego proszku.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do odmywania oddzielnego półproduktu nierozpuszczalnego stosuje się zimną wodę spożywczą o temperaturze od 15 do 25°C, w układzie jednostopniowym lub wielostopniowym, w ilości od dwukrotnie do dziesięciokrotnie przewyższającej jego masę.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że oddzielone rozpuszczalne cukry i enzymy ponownie wykorzystuje się w klasycznej technologii enzymatycznej hydrolizy skrobi, celem otrzymywania typowych hydrolizatów skrobiowych, poprzez ich wymieszanie z surowcem skrobiowym, już bez potrzeby dodawania enzymów.