WO2004007739A1 - Proceso para obtener maltodextrina, glucosa, maltosa y dextrosa a partir del almidon de yuca - Google Patents

Proceso para obtener maltodextrina, glucosa, maltosa y dextrosa a partir del almidon de yuca Download PDF

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Definitions

  • This invention relates to an improved process for producing maltodextrin, glucose, maltose and dextrose from whole cassava (glorious cassava), cut into pieces, including the shell and endosperm.
  • the process of the invention also increases the production yield of the final products (maltodextrin, glucose, maltose and dextrose).
  • Another improvement factor is the reduction and almost elimination of environmental problems, wastewater and waste, which are present in the processes currently known.
  • Another objective is to configure a process to obtain maltodextrin, glucose, maltose and dextrose from washed and dried pieces of cassava tubers as raw material.
  • Another objective of the process is to convert all the cassava starch into the aforementioned final products with high yield indices.
  • the process to be mentioned herein can achieve a yield of between 35 and 45% of the final products: maltodextrin, glucose, maltose and dextrose on the weight of the processed fresh cassava and a total conversion of the starch into said products.
  • Another objective is that by not using the conventional processes that produce refined cassava starch, environmental pollution problems are avoided and consequently the effluent treatment systems are eliminated.
  • the process proposed in our invention increases the yield in the extraction of said cassava starch by 100% for its subsequent conversion into the aforementioned products, without entering starch refining processes, which leads to a considerable reduction in costs of production (50% represented in energy, packaging, supplies, labor, etc.). Likewise, the proposed process saves almost 50% the costs of assembly infrastructure and production equipment.
  • the process of the invention comprises collecting the tuberous roots of cassava and submerging them in water tanks for 3 to 5 minutes seeking a first separation of adhered soil. This collection can be complemented through hoppers with an endless feeder and another submerged in water. The average time to soak the tubers is 5 minutes.
  • the water in this first wash is recirculated and recovered by adding aluminum sulfate (10 to 20 ppm).
  • the cassava of this first soak at rest passes to a second pressure wash where it is free of impurities, and of its superficial cuticle in a time of 3 to 5 minutes.
  • the size of the grated particles is homogenized in a disintegrator, step in which the enzymes and / or acids are added which begin to act.
  • This aqueous suspension is taken to reactor tanks where a first conversion to maltodextrin is made, whose liquor obtained goes to saccharification reactor tanks to produce glucose, maltose and dextrose respectively.
  • the suspension is filtered by separating the fiber, protein and impurities to treat it with activated carbon and take it in turn to an ion exchange stage.
  • EXAMPLE No. 1 MALTODEXTRINE PRODUCTION: a. With dried dried cassava slices, a suspension is prepared by disintegrating the slices with the addition of water to obtain three suspension samples with different percentages of dry substance. b. These three suspension samples with a percentage of solids between 25 and 40% were partially acid-hydrolyzed to a maximum of 15 DE (equivalent Dextrose) at a temperature between 100 and 115 °, using commercial hydrochloric acid at 35%. The percentage of DE obtained for each acid hydrolysis is detailed in Table 1. c.
  • DE Equivalent Dextrose
  • the three suspension samples are neutralized with 48% caustic soda at a pH between 6 and 7 and cooled between 80 and 85 ° C and added the bacterial enzyme alpha-amylase (HT-1000) according to the doses indicated in Table 1 with stirring, which after one to three hours report the DE values indicated in Table 1.
  • d. The samples were filtered to separate the fiber, protein and impurities, then treated with activated carbon, filtered again and subjected to ion exchange. and. The liquor obtained is concentrated by evaporation, up to a Bé of 42 °.
  • aqueous suspension that is sent to the reactor tanks to obtain the maltodextrin, its percentage of suspended solids is adjusted to 25% and: a.
  • the pH is adjusted between 6.0 and 6.5 with CaO (lime) with stirring for one hour raising the temperature to 60 ° C.
  • the bacterial alpha-amylase enzyme (HT-1000) is added between 0.1% and 0.3% in relation to the dry substance in the suspension.
  • c. The suspension is heated with continuous stirring and at 60 ° C the starch begins to gelatinize with rapid thickening. Stirring is continued maintaining a temperature such that it allows the suspension to remain fluid; in the case of a very rapid heating that produces a very high viscosity, this will prevent efficient agitation so that the heating must be suspended in order to reduce the viscosity.
  • Heating is continued between 90 and 100 ° C to obtain a complete liquefaction which requires 30 to 90 minutes, a factor that can be determined by the D.E. (Dextrose equivalent) that must be between 10 and 14 D.E.
  • the suspension is cooled to 60 ° C and adjusted to pH 4.2 + 0.2 with hydrochloric acid.
  • EXAMPLE No. 3 MALTOSE PRODUCTION: a. To the aqueous suspension that goes to the reactor its pH is adjusted to 7.0 + 0.2 with permanent agitation. b. To the suspension is added 0.125% of the enzyme Alpha-amylase on the dry substance in the reactor and 0.2% of calcium chloride on said dry substance. c. The temperature is raised to 105 ° C in a time between 5 and 10 minutes and said temperature is maintained for 6 minutes while stirring. d. It is rapidly cooled to 95 ° C and maintained at that temperature for two (2) hours. and. It is cooled to 50 ° C and the pH is adjusted between 4.8 to 5.4 using caustic soda. F. 0.2% of the enzyme Fungal alpha-amylase is added. g.
  • the temperature is maintained at 60 ° C until the value of D.E. (Dextrose equivalent) be obtained.
  • D.E. Dextrose equivalent
  • the enzyme is inactivated by heating at 100 ° C for 5 to 10 minutes.
  • the pH is adjusted to 4.2 + 0.2 to separate fat and insoluble fiber protein by filtration.
  • j. The resulting liquor is treated with activated carbon, filtered and passed to ion exchange.
  • k. The refined liquor is concentrated by evaporation at 42-45 ° Bé.
  • the liquor can be dried by a Spray Dryer kit.
  • the process can be continuous or batch and can be acid-acid, acid-enzymatic or enzymatic-enzymatic.
  • the process provides improvements through the cut portions of the cassava roots, washed and dried to be taken to the process plants, which reduces transportation costs.
  • the proposed process compared to those currently industrialized represents considerable economies and ecological benefits in terms of waste, machine noise, emissions, odors and effluents.

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Abstract

La invención propone que a partir de yuca entera lavada se produzca maltodextrina, glucosa, maltosa y dextrosa, mediante un proceso en el cual las porciones cortadas, lavadas y secadas de yuca son llevadas a sacarificación, con elementos mecánicos de modo que la ralladura y pulverización de una mezcla acuosa en suspensión se lleva a reactores en donde por la adición de enzimas y/o ácidos y dentro de valores térmicos y de acidez en el PH de dichos licores se van obteniendo los productos mencionados en un alto grado de rendimiento y economía respecto a los sistemas industrializados actuales.

Description

PATENTE DE INVENCIÓN
PROCESO PARA OBTENER MALTODEXTRINA, GLUCOSA, MALTOSA Y DEXTROSA A PARTIR DEL ALMIDÓN DE YUCA.
OBJETIVO:
Esta invención se refiere a un proceso mejorado para producir maltodextrina, glucosa, maltosa y dextrosa a partir de yuca entera (yuca gloriosa) lavada, cortada en trozos, incluyendo la cascara y el endosperma.
El proceso que aquí se propone dentro de la presente memoria, ofrece una simplificación respecto de los procesos tradicionales conocidos, economiza equipos e infraestructura y por ende reduce los costos de producción.
Igualmente el proceso del invento aumenta el rendimiento de producción de los productos finales (maltodextrina, glucosa, maltosa y dextrosa).
Otro factor de mejoramiento es la reducción y casi eliminación de problemas ambientales, aguas residuales y desechos, que se presentan en los procesos actualmente conocidos.
Otro objetivo es configurar un proceso de obtención de maltodextrina, glucosa, maltosa y dextrosa a partir de trozos lavados y secados de tubérculos de yuca como materia prima.
Otro objetivo del proceso es convertir todo el almidón que tiene la yuca, en los productos finales mencionados con índices de alto rendimiento.
Estas porciones de yuca lavada, cortada y secada aún con cascara, se pueden enviar a las plantas de conversión y sacarificación si éstas quedan distantes de los cultivos.
El proceso a mencionar en la presente puede alcanzar un rendimiento de entre 35 y 45% de los productos finales: maltodextrina, glucosa, maltosa y dextrosa sobre el peso de la yuca fresca procesada y una total conversión del almidón en dichos productos.
Otro objetivo es, que al no utilizar los procesos convencionales que producen almidón de yuca refinado, se evitan problemas de contaminación ambiental y por consiguiente se eliminan los sistemas de tratamiento de efluentes.
El proceso propuesto en nuestra invención aumenta en un 100% el rendimiento en la extracción de dicho almidón de la yuca para su posterior conversión en los productos mencionados, sin entrar en procesos de refinación del almidón, lo que lleva a una reducción considerable de los costos de producción (un 50% representados en energía, empaque, suministros, mano de obra, etc.). Igualmente el proceso propuesto economiza en casi un 50% los costos de infraestructura montaje y en equipos de producción.
DESCRIPCIÓN:
El proceso de la invención comprende recolectar las raíces tuberosas de la yuca y sumergirlos en depósitos de agua entre 3 y 5 minutos buscando una primera separación de tierra adherida. Esta recolección puede complementarse a través de tolvas con un alimentador sinfín y otro sinfín sumerso en agua. El tiempo promedio de remojo de los tubérculos es de 5 minutos.
El agua de éste primer lavado se recircula y recupera adicionándole sulfato de aluminio (10 a 20 ppm).
La yuca de este primer remojo en reposo pasa a un segundo lavado a presión en donde queda libre de impurezas, y de su cutícula superficial en un tiempo de 3 a 5 minutos.
Una vez lavada a presión pasa a un molino trozador que la troza en pedazos de 3 a 5 centímetros, los cuales van a una caja dosificadora la cual la dosifica a un molino rallador que con adición de agua convierte los trozos en una masa acuosa.
El tamaño de las partículas ralladas se homogeniza en un desintegrador, paso en el cual se adicionan las enzimas y/ o ácidos los cuales empiezan a actuar. Esta suspensión acuosa es llevada a tanques reactores donde se hace una primera conversión a maltodextrina, cuyo licor obtenido va a tanques reactores de sacarificación para producir respectivamente glucosa, maltosa y dextrosa.
La suspensión se filtra separando la fibra, proteína e impurezas para tratarla con carbón activado y llevarla a su vez a una etapa de intercambio iónico.
Finalmente el licor obtenido se puede concentrar y secar. Los ejemplos siguientes ilustran el proceso específico en la obtención de cada uno de los productos finales objetivo del invento, a saber:
EJEMPLO No. 1: PRODUCCIÓN DE MALTODEXTRINA: a. Con las rebanadas secas de yuca lavada se prepara una suspensión desintegrando las rebanadas con adición de agua para obtener tres muestras de suspensión con diferentes porcentajes de sustancia seca. b. Estas tres muestras de suspensión con un porcentaje de sólidos entre 25 y 40% fueron parcialmente ácido - hidrolizadas a un máximo de 15 D.E. (Dextrosa equivalente) a una temperatura entre 100 y 115°, usando ácido clorhídrico comercial a 35%. El porcentaje de D.E. obtenido por cada hidrólisis acida se detalla en la tabla 1. c. Las tres muestras de suspensión se neutralizan con soda cáustica al 48% a un con un pH entre 6 y 7 y se enfrían entre 80 y 85°C y se añade la enzima bacterial alfa-amilasa (HT- 1000) según las dosis indicadas en la tabla 1 con agitación, que al cabo de una a tres horas reportan los valores D.E. indicados en la Tabla 1. d. Las muestras fueron filtradas para separar la fibra, proteína e impurezas, luego tratadas con carbón activado, filtradas de nuevo y sometidas a intercambio iónico. e. El licor obtenido se concentra por evaporación, hasta un Bé de 42°.
TABLA No. 1:
Figure imgf000004_0001
EJEMPLO No. 2: PRODUCCIÓN DE GLUCOSA:
A partir de la suspensión acuosa mencionada anteriormente que se envía a los tanques reactores para obtener la maltodextrina, se ajusta su porcentaje de sólidos en suspensión a un 25% y: a. Se ajusta el pH entre 6,0 y 6,5 con CaO (cal) con agitación de una hora elevando la temperatura a 60°C. b. Se agrega la enzima Alfa - amilasa bacterial (HT-1000) entre 0, 1% y 0,3% en relación con la sustancia seca que hay en la suspensión. c. Se calienta la suspensión con agitación continua y a los 60°C el almidón empieza a gelatinizarse con rápido espesamiento. Se continúa agitando manteniéndose una temperatura tal que permita que la suspensión permanezca fluida; en el caso de un calentamiento muy rápido que produce una viscosidad muy alta, ésta impedirá una agitación eficiente por lo cual el calentamiento se debe suspender a fin de reducir la viscosidad.
Se continúa calentando entre 90 y 100°C para obtener una licuefacción completa lo cual precisa de 30 a 90 minutos, factor que se puede determinar por el análisis D.E. (Dextrosa equivalente) que debe estar entre 10 y 14 D.E.
La suspensión se enfría a 60°C y se ajusta al pH a 4,2 + 0,2 con ácido clorhídrico.
Se agrega 0,2% de la enzima Amilo-glucosidasa líquida y se mantiene la temperatura a 60°C para obtener un valor D.E., deseado lo cual requiere entre 4 y 5 horas. g. La fibra, proteína, grasa y otros insolubles son removidos por filtración o centrifugación. h. El licor obtenido se trata con carbón activado y se pasa luego por intercambio iónico y luego se concentra a 42°-45c Bé.
EJEMPLO No. 3: PRODUCCIÓN DE MALTOSA: a. A la suspensión acuosa que va al reactor se le ajusta su pH a 7,0 + 0,2 con agitación permanente. b. A la suspensión se le agrega 0, 125% de la enzima Alfa - amilasa sobre la sustancia seca que hay en el reactor y 0,2% de cloruro de calcio sobre dicha sustancia seca. c. Se eleva la temperatura a 105°C en un tiempo entre 5 y 10 minutos y se mantiene dicha temperatura por 6 minutos sin dejar de agitar. d. Se enfría rápidamente a 95°C y se mantiene a dicha temperatura por dos (2) horas. e. Se enfría a 50°C y se ajusta el pH entre 4,8 a 5,4 usando soda cáustica. f. Se agrega 0,2% de la enzima Fungal alfa - amilasa. g. Se mantiene la temperatura a 60°C hasta que el valor de D.E. (Dextrosa equivalente) sea obtenido. h. Se inactiva la enzima calentando a 100°C de 5 a 10 minutos. i. Se ajusta el pH en 4,2 + 0,2 para separar proteína fibra grasa e insolubles por filtración. j. El licor resultante se trata con carbón activado, se filtra y se pasa a intercambio iónico. k. El licor refinado se concentra por evaporación a 42 - 45° Bé.
1. El licor puede ser secado por un equipo de Spray Dryer.
EJEMPLO No. 4: PRODUCCIÓN DE LA DEXTROSA:
a. A la suspensión acuosa que va al reactor, descrita anteiormente se le ajusta su pH a 6.5 + 0,2 con agitación permanente.
b. Se agrega 0, 125% de la enzima Alfa - amilasa para licuar el almidón hasta obtener un D.E de 1,3. c. Se agrega 0,2% de la enzima Beta - amilasa y 0,02% de la enzima Alfa - amilasa. d. Se ajusta el pH a 6,0 y la temperatura a 60°C con agitación durante 20 horas. e. Se eleva la temperatura a 135°C y se mantiene durante 10 minutos. f. Se filtra para separar proteína, fibra e insolubles. g. El licor resultante se trata con carbón activado y se filtra. h. Se pasa a través de intercambiador iónico, e i. Se concentra por evaporación y si es necesario se seca en un Spray Dryer o se cristaliza.
Los procesos aquí descritos y los pasos específicos en la producción de los productos finales considerados maltodextrina, glucosa, maltosa y dextrosa conforman el marco general en el cual pueden introducirse adiciones o variables que no afecten la unidad inventiva del proceso propuesto. En resumen lo aquí planteado se basa en un aprovechamiento de un 100% del almidón contenido en la yuca incluso su cascara y endosperma.
El proceso puede ser continuo o por lotes y puede ser de tipo ácido - ácido, ácido - enzimático ó enzimático - enzimático. El proceso aporta mejoras a través de las porciones cortadas de las raíces de la yuca, lavadas y secadas para ser llevadas a las plantas de proceso, lo que reduce costos de transporte. El proceso propuesto en comparación con los actualmente industrializados representa economías considerables y beneficios ecológicos en lo que respecta a residuos, ruidos de máquinas, emisiones, olores y efluentes.
Por tal razón dentro del siguiente capítulo de reinvidicaciones se define y resume la intención del invento.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un proceso para la obtención de productos derivados de la yuca que comprende los siguientes pasos:
• Remojar las raíces de yuca por un máximo de 5 minutos para un primer lavado de su corteza.
• Someter dichas raíces de yuca a un segundo lavado a presión durante 5 minutos para su limpieza exterior total.
• Trozar o partir las raíces mecánicamente en porciones de 3 a 5 cms.
• Rallar mecánicamente dichas porciones y convertir por adición de agua y desintegración, dicho rallado en una masa acuosa o suspensión de agua y partículas y permitir la acción de las enzimas o ácidos que se deben agregar.
• Llevar dicha suspensión a una primera fase de reacción en tanques para hacer una primera conversión a maltodextrina. m El licor obtenido de esta primera reacción llevado a una fase de sacarificación para obtener respectivamente productos como maltosa, glucosa y dextrosa en suspensión.
• Filtrar estas suspensiones para separar fibra, proteína e impurezas.
• Tratar dichas suspensiones con carbón activado.
• Llevar dichas suspensiones a intercambio iónico y,
• Concentrar y/o secar el licor obtenido.
2. Proceso según la reivindicación 1 en el cual las raíces de yuca pueden llegar a través de sinfines con alimentación de agua de remojo recirculante en las primeras fases del proceso.
3. Proceso según las reivindicaciones 1 y 2 en el cual dicha agua recirculante recibe entre 10 y 20 ppm de sulfato de aluminio.
4. Proceso según la reivindicación 1 en el cual la suspensión para obtener maltodextrina a partir de yuca entera lavada se hidroliza a un máximo de 15 D.E. utilizando ácido clorhídrico al 35%, a una temperatura entre 100 a 115°C.
• Se neutraliza luego para ajusfar su pH entre 6 y 7,
• Se enfría dicha suspensión entre 80 y 85°C para adicionar la enzima Alfa - amilasa (HT-1000) con agitación entre una y tres horas.
• Se filtra la suspensión para tratar con carbón activado y pasarla a intercambio iónico y
• Se concentra el licor de dicha suspensión por evaporación.
5. Proceso según la reivindicación 1 en el cual a la suspensión para obtener glucosa a partir de yuca entera lavada:
• Se le ajusta en un 25% el porcentaje de sólidos en suspensión en el reactor,
• Se ajusta su pH entre 6,0 y 6,5 con CaO con agitación de una hora, • Se le agrega a la suspensión una enzima Alfa - amilasa (HT-
1000) entre 0, 1 y 03% sobre la sustancia seca de la suspensión,
Dicha suspensión se calienta hasta 66°C buscando mantenerla fluida,
Se sube su temperatura hasta 100°C para licuar dicha suspensión entre
30 y 90 minutos;
Se enfría luego a 60°C y se ajusta su pH a 4,2 + 0,2 con ácido clorhídrico.,
Se agrega un 0,2% de enzima Amilo - glucosidasa líquida y se mantiene la temperatura de 60°C entre 4 y 5 horas,
Se remueve fibra, proteína e insolubles por filtrado o centrifugación,
Se trata el licor obtenido de glucosa con carbón activado y se lleva a intercambio iónico, « Se concentra dicho licor a 42° - 45° Bé.
6. Proceso según la reivindicación 1 en el cual a la suspensión para obtener maltosa a partir de yuca entera lavada:
Se le ajusta su pH a 7,0 + 0,2 con agitación permanente,
Se le agrega un 0, 125% de la enzima Alfa - amilasa y 0,2% de cloruro de calcio sobre la sustancia seca del reactor,
Se eleva la temperatura a 105°C entre 5 y 10 minutos,
Se mantiene dicho valor por 6 minutos con agitación permanente,
Se enfría la suspensión a 95°C y se mantiene así por 2 horas,
Se enfría luego a 50°C y se ajusta el pH entre 4,8 y 5,4 con utilización de soda caustica,
Se agrega 0,2% de enzima Fungal - alfa - amilasa,
Se mantiene la suspensión a 60°C para estabilizar el valor D.E. (Dextrosa equivalente) ,
Se inactiva la enzima calentando a 100°C entre 5 y 10 minutos.
Se ajusta el pH en 4,2 + 0,2.
Se filtra para separar fibra, proteína e insolubles,
Se trata el licor resultante con carbón activado y se lleva a intercambio iónico,
Se concentra el licor por evaporación a 42° - 45° Bé, y
Se cristaliza opcionalmente dicho licor.
7. Proceso según la reivindicación 1 en el cual a la suspensión para obtener dextrosa a partir de yuca entera lavada: Se le ajusta su pH a 6,5 + 0,2 con agitación permanente, Se agrega 0, 125% de la enzima Alfa - amilasa para licuar el almidón, Se ajusta su dextrosa equivalente D.E a 1,3,
Se agrega 0,2% de la enzima Beta - amilasa y 0,02% de la enzima Alfa - amilasa,
Se ajusta el pH a 6,0,
Se ajusta la temperatura a 60°C con agitación durante 20 horas, Se eleva dicha temperatura a 135°C durante 10 minutos, Se filtra para separar fibra, proteína e insolubles, Se trata el licor de dextrosa con carbón activado y se filtra, Se pasa el licor por intercambio iónico, y Se concentra por evaporación y opcionalmente se seca o cristaliza.
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