191861. lajstromszámú szabadalom • Eljárás glükóz-tartalmú cukorlé izomerizálására
1 191 861 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 glükóz általában olyan cukornak számít, melynek édessége 60—80%-ban éri el a szacharózét, ezért az ára megfelelően alacsonyabb is. Régóta ismert a glükóznak fruktózzá (a szacharóznál még édesebb cukorrá) izomerizálása glükóz-izomé ráz aktivitást mutató enzim segítségével, előnyösen olyanéval, amelyik inert hoidozón, például dietii-amino-etilcellulózon, porózus üvegen vagy kitinen kerül rögzítésre. Glükóznak glükóz-izomeráz enzim alkalmazásával történő fruktózzá alakításáról részletes leírás található az alábbi szakirodalmi közleményekben: Hamilton és munkatársai: „Glükóz-izomeráz, egy enzimmel katalizált technológiai folyamat esettanulmánya”, Imtnobiüzed Enzymes in Food and Microbial Processes, Olson és munkatársai szerkesztésében, Plenum Press, New York, (1974), pp. 94-106, 112, 115-137; Antrim és munkatársai: „Glükóz-izomeráz, magas fruktóz-tartalmű szörpök termelése”, Applied Biochemistry and Bioengineering, 2. kötet, Academic Press, (1979); Chen és munkatársai: „Glükóz-izomeráz (Áttekintés)”, Process Biochem., (1980), pp. 30—35, 36—41; Nordahl és munkatársai: „Fruktóz előállítása glükózból rögzített glükózizomerázzal”, Chetn. Abstracts, 82. kötet, (1975), 110316b jelű referátum; Takasaki: „Fruktóz-termelés glükóz-izomerázzal”, Chem. Abstracts, ugyanott, mint előbb; és Takasaki ugyancsak ezen a címen megjelent közleménye a Chem. Abstracts 81. kötet (1974) 76474a jelű referátumában. Fentieken túlmenően számos szabadalom foglalkozik a glükóz komerizációjával, melyek közül a 3,616,221; 3,623,953 (utánnyomva 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 leírást emeljük ki. Glükóz szirupok giükóz-izornerázzal történő izomerizálása útján elérhető fruktóz szintjét az Izomerizációs reakció egyensúlya szabja meg. Tiszta glükózból mint szubsztrátumból való kiindulás esetén, 65 °C hőmérsékleten az egyensúlyi fruktóz-koncentráció közelítőleg 51 tömeg%. Ha tisztított glükóz-deríték (legfeljebb 6 tömeg% nem monoszacharid tartalommal) az alapanyag, és az enzim reaktorban ésszerű tartózkodási időt engedünk meg, úgy az előbbiekben hivatkozott eljárásokkal szárazanyagra számítva legfeljebb 48-52 % fruktóz-tartalorn érhető el. Magasabb fruktóz-tartalmú szörpök készítéséhez frakcionáló rendszereket kell alkalmazni, melyek jócskán megnövelik a végtermék költségét. Magasabb hőmérsékleten 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 recirkuláltatást elkerülve közvetlenül 53—60 tömeg % fruktóz-koncentrációjú, ún. magas fruktóz-tartalmú kukoricakeményítő szörpöt (HFCS) állítsunk elő. Az ismert glükóz-izomeráz rendszerek nagyfokú aktivitáscsökkenéssel járó termikus denaturálódásra való hajlama mindeddig meghiúsította azokat a kísérleteket, melyek az izomerizációs reakció egyensúlyának fruktóz képződés irányába történő eltolása érdekében magasabb hőmérsékletű üzemmódok alkalmazását célozták. Ezen túlmenően a glükóz, és különösen a fruktóz igen labilis eukorféleség, és nemkívánatos melléktermékek keletkezése közben — mint pszikóz, színes termékek és elővegyük tek, fruktóz-dianhidridek, mannóz, tagat óz és különféle savak — könnyen elbomlik, a találmány szerinti, izomerizáláshoz szükséges hőmérsékletre melegítve. Meglepő módon azt tapasztaltuk azonban, hogy a következőkben ismertetendő enzim-reaktorban bizonyos pH- és tartózkodási idő értékhatáron belül vezetett glükóz izomerizációs eljárás során mintegy 90 és 140 °C közötti hőmérsékleten közvetlenül — egy műveletben— kiváló minőségű (azaz elfogadható mértékű mellékterméket tartalmazó) HFCS-szörpöt kaptunk. Az ily módon előállított szörp fruktóz koncentrációja 50—60 tömeg% körül volt, s ezáltal nem volt szükség a költséges ésműveíetileg bonyolult frakcionálási, illetőleg recirkuláltatási lépésekre, melyeket az eddig ismert glükóz-izomerizációs eljárásokban az említett minőségű HFCS-szörpök előállítása érdekében nemigen lehetett elkerülni. Jelen találmány értelmében a glükózt fruktóz-tartalmú szörppé izomerizáljuk olyan eljárás keretében, melynek során glükóz-tartalmú cukorlevet a körülbelül 90 és 140 C közötti hőmérséklet-tartományban, nagyjából 3-tól 8-ig terjedő pH-érték mellett kémiailag stabilizált glükóz-izomeráz enzimmel annyi ideig érintkeztetünk, hogy a kialakult tartózkodási idő elegendő legyen a betáplált lé összes szénhidrát-tartalmára számítva mintegy 53—60 tömeg% fruktóz-koncentráció eléréséhez pszikóz és|vagy egyéb nem-fruktóz, nem-glükóz jellegű cukrok jelentősebb képződése nélkül. A jelen találmány szerint fruktózzá izomerizált glükóz e cukorféleség bármelyik ismert forrásából származhat. Gazdasági okokból a glükózt rendszerint cellulóz vagy keményítő savas és/vagy enzimes hidrolízisével nyerik - előnyösen ez utóbbi módon - az ismert eljárások értelmében. Az ezúton kapott glükóz-tartalmú cukoricvek az alkalmazott szénhidrát forrástól, valamint hidrolízis-módtól függően tipikusan kis mennyiségben tartalmaznak poliszacharidokat, oligomer cukrokat stb. A gabonamagvak, mint kukorica, cirok, búza, rozs és hasonlók, továbbá a keményítőtartalmú gyökerek és gumók, mint a burgonya, jamgyökér, répafélék, manióka és hasonlók kiváló forrásai a jelen találmány kündulási anyagát képező glükózzá konvertálandó keményítőnek. Az Egyesült Államokban a kukorica-keményítő különösen kedveit: erre a célra alacsony ára és könnyű előállíthat ósága miatt . Minthogy az élelmiszer minőségű glükóz termelése leginkább enzimes keményítő-hidrolízisen alapuló eljárásokkal történik, ehelyütt is ezeket a módszereket tartjuk előnyösebbeknek. Enzimes hidrolízisen alapuló eljárásokat írnak le a 4,017,363; 3,912,590; 3,922,196; 3,922,197-201 és 4,284,722 számú amerikai szabadalmi leírások. A kémiai stabilizálás céljára szolgáló enzimforrásként általunk alkalmazott glükóz-izomerázt az ismert giükózizomerázíermelő mikroorganizmusok — nevezetesen többi között a Streptomyces flavovirens, Streptomyces achromogenes, Streptomyces echinatus, Streptomyces albus, Strptomyces wedmorensis, Streptomyces phaeochromogenes, Streptomyces bobiliae, Streptomyces olivochromogenes, Streptomyces venezuelae, Aerobacter aerogenes, Aerobacter cloacae, Bacillus coagulons. Bacillus megaterium, Bacillus fructosus, Brevibacterium pentaaminoacidicum, Escherichia intermedia, Leuconostoc mesenteroides, és Paracolobactrum aerogenoides -5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
