197774. lajstromszámú szabadalom • Javított szerves oldószeres eljárás keményítő típusú növényi anyagok és lignincellulóz hidrolitikus elcukrosítására
A találmány tárgya javított szerves oldószeres eljárás keményítő típusú növényi anyagok elcukrosítására. A szerves oldószeres oldás különleges hatását a keményítő- és cellulóz-szénhidrátokat egyaránt tartalmazó gabonafélék és gumósok hidrolitikus feldolgozásában eddig nem alkalmazták, egyrészt a teljesen eltérő hidrolízis-körülmények miatt, másrészt az értékes fehérjefrakció roncsolódásának elkerülése végett. A technika jelenlegi állása szerint különféle módszerek ismeretesek a cellulózanyagok és a növényi keményítők hidrolitikus feltárására és/ /vagy elcukrosítására. A keményítő tartalmú anyagokat, például gabonaszemeket vagy gumókat először hagyományosan őrléssel vagy reszeléssel feldarabolják, hogy a különböző frakciókat, így a csírát, cellulózt, héjkeményítőt és fehérjét elválasszák egymástól továbbfeldolgozásuk előtt. Az alkohollá történő erjesztést csak a keményítő-cukrokra alapozzák. A gabonaszemek cellulóz- és fehérjefrakciói mint melléktermék kerülnek értékesítésre. A keményítő-cukrok alkohollá való feldolgozásának megkönnyítésére a keményítőfrakciót először hidrolizálni kell, savasan és enzimesen kombinálva. Általában a cellulózok egy lépcsőben, gyenge sav vizes oldatában végzett hidrolízissel cukrosíthatók. Ilyen típusú kezeléssel a keményítők csak részben bonthatók le a bennük előforduló, elágazó láncú glukánpolimerek miatt. A keményítők teljes mértékű hidrolíziséhez két vagy több lépcsős kezelés szükséges. Az eljárás nehézkes és a kitermelés kisebb, mint a szemekben elméletileg hozzáférhető szénhidrát mennyisége, mivel az az 5—20 t% szénhidrát, mely cellulóz és hüvely- vagy rostfalban lévő hemicellulózok és pektinek formájában van, ezen módon nem hidrolizálódik. A magvakból történő etanol gyártásánál nem használják fel a hüvely (pelyva) és maghéj (gyümölcsök és gumósok) maradványokat és ezek mint hulladék kerülnek értékesítésre. A keményítők elválasztására és hidrolízisére alkalmas eljárást ismertet Radley „A keményítő előállítási technológiája” című, 1967-ben megjelent könyvében. A magasabb keményítőtartalmú gumók jelentős haszonnal alkalmazhatók biomassza termelésére, beleértve a föld feletti képződményeket (növényi szárakat), valamint erjesztéses aikoholgyártási célokra. Ide tartozik a jeruzsálemi articsóka (csicsóka), a kasszava vagy manióka (Iatropha manihot és más fajtái), mint a Ráktérítő környékén élő növények. Mostanáig csak a keményítőtartalom volt iparilag fontos; a keményítőszemcséket vizes őrléssel távolították el az aprított gumópépből. Mint a gabonamag-keményítőt, az alkohollá történő erjesztés előtt kombinált gyenge savas/enzímes hidrolízissel kell a keményítőszemcséket előkezelni. A visszamaradó pép 10- 15t% cellulózt és körülbelül ugyanilyen menynyiségű fehérjét tartalmaz. A keményítőterme- 2 1 lésben a cellulózmaradványt és fehérjét állattakarmányként értékesítik vagy elégetik. A keményítők kémiailag kevert szénhidrátok, melyek amilázból és amilopektinből állnak. Ezeket a szénhidrátokat az a-1,4 és a-1,6 glükozidos kötések jellemzik. Ennek következtében a keményítők hidrolíziséhez vagy lebontásához a gyenge savas hidrolízist amiláz enzimek másodlagos beiktatásával kell kiegészíteni, az amilóz, illetve amilopektinek lebontására, mint az már fentebb említésre került. Általában az amiláz és az amilopektinek ellenállók a gyenge savas hidrolízissel szemben, mint ez különböző irodalmi forrásokból (például Rosaric, N. és munkatársai: „Alkalmazott mikrobiológia", 26. kötet: „Erjesztéses etanoltermelés: Cseppfolyós üzemanyag alternatíva" 167—168, 171 — 172 és 174—175. oldal megjelent 1980-ban a Perlman kiadó gondozásában) kivehető. Ezért a keményítők hidrolízise ma is két lépcsőben történik. Eszerint a keményítők cukrokká váló teljes lebontásához és feloldásához jelenleg még egy magas hőmérsékletű főzést (130— 160°C) és egy másodlagos, a-amiláz enzimmel 60—70°C-on való kezelést alkalmaznak, majd ezt p-amiláz enzimmel 30—60°C-on végzett hidrolízissel fejezik be. Az így kezelt keményítőből monomer és hét glükóz egységig terjedő oligomerek keletkeznek, melyek a hidrolízist követő erjesztést igen lelassítják (72 óra a glükóz erjesztéséhez szükséges 12—18 óra helyett). Vandamme és munkatársai „Mikrobiális inulináz enzimek: Erjesztési eljárások, lehetőségek és alkalmazások" című cikkükben a 174. oldalon eljárást írnak le a jeruzsálemi articsóka gumó-pépjének kezelésére, mely 2-es pH-n 121°C-on 30 perces kezeléssel történik. A hidrolizátumot erjesztő gombákkal oltják be etanol előállítása céljából. A 174. oldalon az elégtelen hidrolízis következtében beálló magas viszkozitás és a hidrolízist követő magas hőmérsékleten végbemenő sterilizációs lépések hátrányos voltát tárgyalják a szerzők. A kukoricaliszt erjeszthető cukorrá való hidrolízisét Tegge ismerteti a „Glükóz szirupok — a nyersanyagok" című cikkében (Dziedzik, S. C. és munkatársai: Elsevier Applied Science Publishers Ltd, 1984). A 21—31. oldalakon a szerző jelzi, hogy a kukoricakeményítő-hidrolizátumok főként különböző módon kötött diszaccharidokat (amiláz cukrok) tartalmaznak, melyek könnyen képeznek nem-erjeszthető D-glükóz reverziós vegyületeket meglehetősen jelentős százalékban. Ugyanakkor legalább két típusú amiláz, úgynevezett „dextrinizing” és „saccharifying" enzimekre van szükség, hogy a kukoricakeményítőből malátacukrot nyerjenek és azt a sikértől (glutein) elkülönítsék. (Ennek következtében a kukorica alkohollá való jelenlegi feldolgozásában a három lépcsős (gyenge savas hidrolízis és kettős enzimes kezelés) módszert alkalmazzák, mely messze eltér a cellulózok hidrolíziséhez szükséges követelményektől. Ezért a keményítőfajták hidrolíziséhez alkalmazott ismert el-2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
