191861. lajstromszámú szabadalom • Eljárás glükóz-tartalmú cukorlé izomerizálására
191 861 2 lis kontaktidőt abban az esetben, ha a reaktorban az enzim rögzített formában van jelen, az alábbi képlettel számíthatjuk ki: t = (3) ahol t = az aktuális kontaktidő, C = a glükóz és fruktóz együttes koncentrációja, V = a töltet szabad folyadéktérfogata (a reaktorágy térfogata mínusz a rögzített enzimrészecskék által elfoglalt térfogat), Fe= a fruktóz egyensúlyi törtje a glükóz/fruktóz elegy ben az izomerizáció hőmérsékletén, Fc = a fruktóz belépési koncentrációja (a glükóz és fruktóz együttes mennyiségére vetítve), F = a fruktóz kilépési koncentrációja (fenti módon számítva), k = a reakciósebességi állandó az izomerizáció körülményei között, A = a töltetben lévő izomeráz aktivitása. A soron következő példák szerint készített rögzített izomeráz „k” értékei 0.07-től 5 ghri1 IGIU'1 -ig terjednek a 90—140 °C hőmérséklettartományban. Az izomeráz aktivitását a Uoyd és munkatársai által leírt módon (Cereal Chemistry, 49, No 5, 88. 544-553, 1972.) határoztuk meg. Eszerint egységnyi IGIU nak az az izomeráz mennyiség fele! meg, amely percenként 1 mikrontól glükózt alakít át fruktózzá, 60 C hőmérsékleten, literenként 2 mól glükózt, 0,02 mól magnéziumszulfátot és 0,001 mól kobalt(II)-kloridot tartalmazó, 6,S5 pH-ju (0,2 M nátrium-maleát) oldatban. A fenti összefüggés annak szükségességét mutatja, hogy magasabb hőfokon, egységnyi térfogatra vonatkoztatott nagy fajlagos aktivitású töltet alkalmazásával a kontaktidőt minimálisra szorítsuk. Az ismertetendő példákban szereplő eljárások szerint kialakított töltetek legfeljebb 20G0 IGIU/ml tartalmúak, amivel 99.5 %-os egyensúlyi fruktóz hozam érhető el kevesebb mint 1 perc alatt egy nagyhőmérsékletű reaktorban, amennyiben eltérő hőmérsékletű reaktorfokozatokat alkalmazunk, és az első fokozatban alacsony hőmérsékleten izomerizálunk, mielőtt a második fokozatban magas hőmérsékleten folytatnánk az izomerizációt. Midőn ilyen lépcsőzetes reaktorrendszert használunk, egy olyan enzimes konvertáló eljárást előnyös alkalmazni, melynek során a glükóz-tartalmú kiindulási levet,.melynek glükóz-koncentrációja hozzávetőlegesen 20—85 tömeg%, mintegy 20 és 80 °C hőmérséklettartományban, kb. 6.0-tól 9.0-ig terjedő pH-érték mellett 0.5—2 óra közötti kontaktidővel hozzuk érintkezésbe a glükóz-izomerázzal, fruktózzá alakítva így az alaplében volt glükóz mintegy 40-45 tömeg%-át, azután a reakeióelegy hőmérsékletét hozzávetőlegesen 90 és 140 °C közé emeljük, a pH-t szükség szerint kb. 3-tól 8-ig terjedő értékre állítjuk be, és a fruktóz-tartalmú szörpöt újabb, 1 másodperctől 5 óra hoszszáig tartó időre érintkeztetjük glükóz-izomerázzal nagyjából 53—60 tömeg% glükóz konverziós szint eléréséig (a konverzió mértékét az eredeti kiindulási lé glükóztartalmára számítva), anélkül, hogy lényegesebb mennyiségben pszikóz, vagy egyéb nem-fruktóz, nem-glükóz jellegű cukorféleségek keletkeznének. Mindebből az következik, hogy nagy aktivitású töltetágyak alkalmazása igen rövid effektiv kontaktidőket tesz lehetővé, ami viszont 5 minimálisra csökkenti a jelen találmányban megkövetelt magasabb hőmérsékleten várható fruktóz-bomlást. A glükóz-izemeráz rögzítési technikák megválasztásakor azt a módszert célszerű előnyben részesíteni, amelyik kisméretű, gyakorlatilag összenyomhatatlan, póru- 10 sós katalizátor szemcséket képes produkálni, amiáltal az izomerizációval járó diffúziós hatások gátlása minimális lesz. Másrészt az izomeráz egy membrán pórusaiban rögzíthető, amely membránon a glükóz oldatot a magas hőmérsékletű izomerizálás során keresztüláramol- 15 tatjuk, elősegítve ezáltal az enzim és a szubsztrátum közötti jó érintkezést a diffúziós gátlás ellensúlyozására. A rögzítésre használt hordozó előnyösen valamilyen teljesen oldhatatlan és inert anyag, hogy a szubsztrátum oldat glükóz/fruktóz komponenseinek nemkívánatos 20 szennyeződését vagy bomlását elkerüljük. Mindazonáltal, a kereskedelmi gyakorlatban a fruktóz-tartalrnú szörpöket nem tiszta glükózból gyártják. Glükóz forrásul inkább (az előbbiekben említett szakirodalmi hivatkozások szerint készített) keményítő 25 hidrolizátumok szolgálnak, ezek pedig mindig tartalmaznak nem-glükóz és nem-fruktóz jellegű (továbbiakban: poliszacharidok) szacharidokat, melyek a keményítő tökéletlen hidrolíziséből és a glükóz átalakulásából származnak. Tipikusan ezek a komponensek alkotják a ke- 30 ményítő hidrolízisével előállított, szacharidok szárazanyagra számított 3-8 tömegszázalékát. Ezért szükség V3n arra, hogy amikor a végrehajtandó izomerizáció reakoióhőmérsékletét kiszámítjuk, figyelembe vegyük poliszacharidok jelenlétéi a glükóz-lében, valamint számol- 35 junk olyan tényezőkkel, mint az elérendő teljes szárazanyagra számított fruktóz-tartalom, továbbá pszikóz és nem-glükóz, nem-fruktóz jellegű egyéb termékek képződése a glükóz-lé és az izomeráz közötti effektiv érintkezés idő fai tama alatt. Az izomerizáció hőmérsékletének 40 kiszámítására szolgáló összefüggés a következő: T 45 ahol- 755___ 23005 - InK ’ (4) ____F___ 100 - F 10,000 (M + C) Q(IQO-P) ’ (5) (6) amelyben T = az izomerizáció hőmérséklete °C-ban, F = az egyensúlyi fruktóz-tartalom (a teljes glü- 60 kóz + fruktóz-tartalom %-ában) T hőmérsékleten, M = az izomerizált termékben elérni szándékozott, szárazanyagra számított fruktóz %, C = a pszikóz + az effektiv érintkezési idő alatt 65 keletkezett egyéb bomlástermékek %-ban, 4
