191609. lajstromszámú szabadalom • Javított eljárás glükóz tartalmú cukorlé izomerizálására
1 191 609 2 A találmány tárgya eljárás glükóz-tartalmú cukorlé legalább 53—60 tömeg% közötti fruktózt tartalmazó eleggyé való enzimes izomerizálására. A legtöbb glükóz-típusú takarmány a kukorica-keményítő enzimes hidrolizátumát, azaz kereskedelmi kukorica-szirupot tartalmaz. A glükózt általában olyan cukornak tekintik, melynek édessége 60—80 %ra megközelíti a szacharózét, ezért az ára megfelelően alacsonyabb is. Régóta ismert a glükóz fruktózzá (a szacharóznál még édesebb cukorrá) izomerizálása glükóz-izomerizációt előidéző enzim segítségével, előnyösen olyannal, amelyik inert hordozón, — mint például dietil-amino-etil-cellulóz, porózus üveg vagy kitin — rögzítődik. Glükóznak glükóz-izomeráz enzim segítségével történő fruktózzá alakításáról részletes leírás található az alábbi szakirodalmi közleményekben: Hamilton és munkatársai: „Glükóz-izomeráz: Egy enzimmel katalizált technológiai folyamat esettanulmánya”; Immobilized Enzymes in Food and Microbial Processes, Olson és munkatársai szerkesztésében, Plenum Press, New York (1974), p. 94-106, 112, 115-137; Antrim és munkatársai: „Magas fruktóz-tartalmú szirupok glükóz-izomeráz enzimmel történő termelése”, Applied Biochemistry and Bioengineering, 2. kötet, Academic Press (1979); Clren és munkatársai: „Glükóz-izomeráz (Áttekintés)”, Process Biochem., (1980), p. 30—35, 36—41; Takasaki: „Glükóz-izomerázzal történő fruktóz-előállítás”,C7rem. Abstracts, 81. kötet, (1974), 76474a jelű referencia. Fentieken túlmenően számos szabadalom foglalkozik a glükóz izomerizációjával, melyek közül a 3 616 221, 3 623 953 (utánnyomás 28 885 szám alatt), 3 694 314, 3 708 397, 3 715 276, 3 788 945, 3 826 714, 3 843 442, 3 909 354, 3 960 663, 4 144 127 és 4 308 349 számú amerikai szabadalmi leírások emelhetők ki. Glükóz szirupok glükóz-izomeráz enzimes izomerizációval elérhető fruktóz szintjét az izomerizálási reakció egyensúlya szabja meg. Tiszta glükózból történő kiindulás esetén 65 °C hőmérsékleten az egyensúlyi koncentráció 51 tömeg% fruktóz. Ha tisztított (legfeljebb 6 tömeg% nem-monoszacharid tartalmú) glükóz deríték az alapanyag, és ésszerű tartózkodási időt engedünk meg az enzim reaktorban, úgy közelítőleg 48-52 % fruktóz szirup az előbbi eljárás körülményei között kitermelhető mennyiség. Magasabb fruktóztartalom elérésére frakcionáló rendszereket kell alkalmazni, melyek jócskán megnövelik a végtermék költségét. Magasabb hőmérsékleteken azonban az egyensúly kedvező irányba tolódik el. Például egy olyan, glükóz-izomeráz enzimes eljárás, melyet 90— 140 °C körüli hőmérsékleten lehet lefolytatni, alkalmas arra, hogy a frakcionálási és recirkulálást elkerülve közvetlenül 53—60 tömeg% fruktóz-koncentrációjú, ün. magas fruktóztartalmú (kukorica) keményítő szörpöt (HFCS) állítsunk elő. Az ismert glükózizomeráz rendszerek nagyfokú aktivitáscsökkenéssel járó termikus denaturálódásra való hajlama mindeddig meghiúsította az izomerizációs reakció egyensúlyának a fruktóz képződés irányába történő eltolása érdekében magasabb hőmérsékletű üzemmódok alkalmazására irányuló kísérleteket. Ezen túlmenően a fruktóz Igen labilis cukorfélcség, mely nemkívánatos melléktermékek keletkezése közben könnyen elbomlik, amikor az 53—60%-os fruktóz-konverzióhoz szükséges hőmérsékletre melegítjük. Pszikóz, mannóz, tagatóz, fruktóz dianhidridek, szerves savak, színes termékek és elővegyületek képezik azokat a legközönségesebb melléktermékeket, melyek fruktóz oldatok túlzott melegítésekor képződnek. Meglepő módon azt tapasztaltuk azonban, hogy a következőkben ismertetendő enzim-reaktorban bizonyos kritikus pH- és tartózkodási idő értékhatáron belül vezetett glükóz izomerizációs eljárás során mintegy 90 és 140 °€ közötti hőmérsékleten közvetlenül kiváló minőségű HFCS-szörpöt kaptunk elfogadható mértékű melléktermék keletkezése mellett. Az így előállított szörp 50—60 tömegé fruktózt tartalmazott, s ezáltal nem volt szükség a költséges és műveietilcg bonyolult frakcionálási, illetőleg recirkulálási lépésekre, melyeket az eddig ismert glükóz-izomerizációs eljárásokban az említett minőségű HFCS-szörpök nyerése érdekében nem lehetett elkerülni. Jelen találmány értelmében a glükóz fruktóz-tartalmú szörppé izomerizálható olyan eljárás keretében, melynek során glükóz-tartalmú kiindulási levet és glükóz-izomeráz enzimet érintkeztetünk 90-140 C hőmérsékleten, 3—8 közötti pll-érték mellett, akkora tartózkodási idővel, hogy a betáplált lé összes szénhidrát tartalmára számítva 53—60 tömeg% fruktóz-koncentrációt érjünk el pszikóz és/vagy egyéb nem-fruktóz, nem-glükóz jellegű cukrok jelentősebb keletkezése nélkül. A szóbanforgó eljárás nem igényel valamiféle különleges glükóz-izomeráz enzimet, csupán olyat, amelyik elegendő stabilitással rendelkezik 90 C-os vagy még magasabb hőmérsékletek inaktiváló hatásával szemben annyi ideig, hogy a továbbiakban meghatározott kielégítő izomerizációs fok megvalósulhasson. Mindazonáltal, jelen találmány körében kifejezetten hőslabilitásukról nevezetes olyan glükóz-izomcrázokat kell használni, mint például a 3,826,714 számú USA szabadalmi leírásban leírt, a Bacillus stearothermophilus által termelt, és a 4,308,349 számú USA szabadalmi leírásban leírt, az Ampullariellafélékhcz tartozó mikroorganizmusok által termelt glükóz-izomerázok. Hőellenálló glükóz-izomeráz nyerhető még a 41,313 számú Európai szabadalmi bejelentésben leírt Bacillus licheniformis, valamint a 74 30588 számú japán bejelentésben leírt hőkedvelő Thermoactinomyces-, Thermopolyspóra-, Thermomonospora- és Pseudonocardia-félék alkalmazása révén (C. A. 81, 76474a). A találmány szerint fruktózzá izomerizálható glükóz bármelyik ismert forrásból származhat. Gazdasági célszerűségből a glükózt rendszerint cellulóz vagy keményítő savas és/vagy — többnyire — enzimes hidrolízisével nyerjük, az ismert eljárásoknak megfelelően. Az ily módon kapott glükóz-tartalmú levek az alkalmazott szénhidrát-forrástól és hidrolízis-módszertől függően tipikusan kevés poliszacharidot, oligomer cukrokat stb, tartalmaznak. A gabonamagvak, mint kukorica, cirok, búza, rozs és hasonlók, valamint keményitőtartalmú gyökerek és gumók, mint a burgonya, jamgyökér, répafélék, manióka és hasonlók. 5 10 15 20 25 3C 35 40 45 50 55 60 65 2
