173232. lajstromszámú szabadalom • Eljárás keményítő enzimes lebontására
3 173232 4 Az enzimes hidrolízis számára szükséges pH-beállításhoz az iparban ásványi savakat, előnyösen technikai sósavat vagy kénsavat használnak, melyekből a szükséges reakcióidő után nátrium- vagy kálciumsókat képeznek. Azoknál a termékeknél, amelyek minőségénél ez megkívánt, például élelmiszeripari és kozmetikai célokra a szennyező sók csak ioncserélő állomásokon távolíthatók el teljes mértékben. Az itt felmerülő üzemköltségek ugyancsak a gyártott terméket terhelik. Problémát jelent továbbá a papírgyártásban használt 1-2 DE-értékűre lebontott keményítő előállítása is, mivel a sósavas lebontás nem tartható kézben. Belátható tehát, hogy minden olyan műszaki megoldás, amely csökkenti a hidrolízis időt és az ásványi savak mennyiségét, jelentős a keményítőbontó enzimek gazdaságosabb felhasználása érdekében. Fentiekkel összhangban a találmány céljául tűztük ki keményítő enzimes lebontásra olyan eljárás kifejlesztését, amellyel nagy tisztasági fokú, különböző DE-értékű keményítő-lebontási termékek az eddiginél lényegesen rövidebb idő alatt állíthatók elő. Ezenkívül a szűrést gátló anyagok (nyálkás keményítő-flukkulátumok) arányának megváltoztatásával a szűrési effektus javulását kívánjuk elérni. A találmány értelmében a kitűzött feladatot azáltal oldjuk meg, hogy az enzimhatás katalizálására a vizes szuszpenzióba széndioxid-gázt vezetünk és a lebontást 0,5-10 att. nyomáson végezzük, majd az enzimes lebontás után a széndioxidot hagyományos semlegesítő anyagok nélkül expanzióval eltávolítjuk. Megoldásunk azon a felismerésen alapul, hogy az ásványi savak eltávolítása során a hidrolizátumban maradó klorid-, kalcium- és nátrium nyomok kiküszöbölhetők, ha adott nyomáson a vizes szuszpenzióba széndioxidot vezetünk. Ezenkívül jelentős reakciósebesség növekedést is elérünk azáltal, hogy a zárt rendszer folyadék-szilárd fázisában C02 -buborékokat, és a gáz-folyadék határfelületeken pedig a nyomás nagyságától függően szénsavoldatot képezünk. A fellazított folyadék-szilárd rendszerben az enzim, a szénsav és a szubsztrátum érintkezési felülete megnövekszik. ami reakcióidő csökkenést idéz elő. A nyomás beállítása a mindenkori kiindulási anyagtól és a felhasznált enzimtől függ. A szubsztrátumban a savképzést és a semlegesítést a következő egyszerűsített képlet alapján biztosítjuk: Ap C02 +H2O.^L— h2co3 expanzió A széndioxidgáz alsó bevezetésével a teljes diffúziót és a homogenizálást biztosítjuk. Az expanzióval tulajdonképpen mechanikai homogenizálást végzünk. Ezáltal a tisztítási és szűrési műveletek hatásfoka lényegesen javul. A szűrőre rárakódott anyag miatt az anyagveszteség csökken. A találmányt az alábbiak szerint hajtjuk végre: A lebontani kívánt keményítőt vízben szuszpendáljuk és elcsirízesítjük. A szuszpenzió térfogatára vagy szárazanyagtartalmára vonatkoztatott alkalmas enzimet beadagoljuk és keveréssel feloldjuk. Ezután az enzim optimális hőmérsékletét ismert módon beállítjuk. Ez az ismert keményítő bontó enzimeknél 45 és 90°C között van. A széndioxid vezetéket rácsatlakoztatjuk a reaktor alsó részére és körülbelül 5—10 perces időtartam alatt a felhasznált enzim optimális pH-jától függően 0,5—10 att-ra beállított gáznyomás- 2 sál folyadék-gáz-rendszert és szénsavoldatot képezünk. A nyomás beállítása manométerrel mérve a mindekori kiindulási anyagtól és a felhasznált enzimtől függ. A reakcióidőt DE-méréssel állapítjuk meg. A kívánt DE-érték elérése után a fűtést megszüntetjük, majd a reaktort expandáltatjuk. A kapott lebontott terméket gyűjtőedényben felfogjuk és az ismert tisztítási eljárásoknak vetjük alá. A találmány szerinti eljárással nagy tisztasági fokú klorid-, kalcium- és nátriumnyomoktól mentes, kívánt lebontási fokú termékeket állíthatunk elő. Miután az előállított termék nem tartalmaz mikrokristályokat, a pelyhes anyagok „csomók” arányának pozitív irányban való eltolódásával a szűrési effektus javul. Az enzimes hidrolízis időt lényegesen csökkentjük és a kénsavas valamint sósavas hidrolízisen alapuló eljárásoktól eltérően az ioncserélő műveleteket teljesen kiküszöböljük. A rövidebb reakcióidő lehetővé teszi a termelés növelését. Az új pH-beállítási mód kedvező hatását az alábbi példák kapcsán mutatjuk be : i. példa Keményítő teljes lebontása Irodalmi adatokkal történő összehasonlítás céljából 30 % szárazanyagtartalmú kukoricakeményítő szuszpenziót állítottunk elő, melyet lassú keverés közben 70°C-on csirízesítettünk el. A viszkózus anyaghoz keményítőszárazanyagra számítva 0,5 % glükoamilázt tettünk, majd fűthető konverterbe töltöttük. (A konvertert előzőleg gázbevezető és elosztó szerelvénnyel egészítettük ki). Ezt követően a konverter fedelét lezártuk és széndioxid tartalmú palackból nyomáscsökkentő szelep közbeiktatásával gázt buborékoltattunk át a keményítőmasszán. Az előző művelettel egyidőben a belső tér hőmérsékletét 60°C-ra, nyomását pedig 1,5 att-ra állítottuk be. A pH-értéket 4—6-ra állítottuk be. A lebontás mértékét dextróz egyenértékkel (DE) mértük. Ez a szám — mint már említettük — a kapott hidrolizátum dextrózban kifejezett redukáló cukor-tartalma. Ugyanakkor egy másik kísérletet hajtottunk végre, ahol a hidrolízist szintén 60°C hőmérsékleten, 4—6-os pH-értéken végeztük, megközelítőleg 30 % szárazanyag-tartalmú keményítő szuszpenzióból kiindulva. A felhasznált enzim itt is egy keményítő bontó, amiláz típusú enzim volt, melynek optimális működési paramétereit, azaz a fenti hőmérséklet és pH-tartományt kísérletileg határoztuk meg. A pH-értéket sósav-oldattal állítottuk be. A kísérletek eredményeit egymással összehasonlít-A kísérletek eredményeit egymással összehasonlítva a következő táblázat mutatja: DE(%) DE(%) Idő Ásványi savas Szénsavas (óra) pH-be állítás pH-beállítás 2 32 4 30 52 6 40 70 20 88 24 77 48 88 100 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
