199562. lajstromszámú szabadalom • Javított eljárás glükóz izomerizálására
nu A találmány tárgya javított enzimes eljárás glükóznak (dextróz) fniktózzá (levulóz) történő izomerizálására. Az élelmiszer-minőségű glükóz nagy része kukoricakeményítő enzimes hidrolizátuma, vagyis kereskedelmi kukoricaszirup alakjában kerül forgalomba. A glükóz általában 60—80%-nyira közelíti meg a szacharóz édességét, ennek megfelelő arányban olcsóbb is. Régen ismeretes a glükóznak fruktózzá (a szacharóznál is édesebb cukorrá) történő átalakítása izomeráz enzim alkalmazásával, mely előnyösen inert hordozó anyagon — pl. dietil-amino-etil-cellulózon, porózus üvegen vagy kitinen — van megkötve. A glükóznak glűkóz-izomeráz enzim segítségével fruktózzá történő átalakítására vonatkozó részletes leírások találhatók az alábbi közleményekben: Hamilton és munkatársai: „Glucose Isomerase a Gase Study of Enyme-Catalysed Process Technology“ (Glükóz-izomeráz; egy enzimmel katalizált technológiai folyamat esettanulmánya): Immobilized Enzymes in Food and Microbial Processes (Hordozóanyagon megkötött enzimek élelmiszeripari és mikrobiológiai eljárásokban) Olson és munkatársai, Plenum Press. New York, (1974), pp. 94—106, 112, 115— 137; Antrim és munkatársai: „Glucose Izomerase Production of High-Fructose Syrups“ (Nagy fruktóztartalmú szirupok előállítása glükóz-izomerázzal), Applied Biochemistry and Bioengineering, 2 kötet, Academic Pess (1979) ; Chen és munkatársai „Glucose Isomerase“ (Áttekintés), Process Biochem., (1980) , pp. 36—41; Nordahl és munkatársai „Fructose Manufacture from Glucose by Immobiled Glucose Isomerase“ (Fruktóz előállítása glükózból megkötött glükóz-izomerázzal), Chem. Abstracts, 82 kötet, (1975), 110316h számú referátum; Takasaki „Fructose Production Glucose Isomerase“ (Fruktózgyártás glükóz-izomerázzal), Chem. Abstracts, 82. kötet (1975), 110316h számú referátum; valamint Takasaki, „Fructose Production by Glucose Isomerase“ (Fruktózgyártás glükóz-izomerázzal), Chem. Abstracts, 81. kötet, (1974), 76464 számú referátum. Ezen kívül számos szabadalmi leírás foglalkozik a glükóz izomerizálásával, melyek közül a 3,616,221; 3,623,953 (újra kiadva 28,885 számon); 3,694,314; 3,708,397; 3,715,276; 3,788,945; 3,826,714; 3,843,442; 3,909,354; 3,960,663; 4,1444,127 és a 4,308,349 számú egyesült államokbeli szabadalmi leírást emeljük ki. Az izomerizálási reakció egyensúlya korlátozza a glükóznak glükóz-izomeráz enzimmel végzett izomerizálásával kapható fruktóz-koncentrációt. Ha tiszta dextróz szubsztrátból indulunk ki, akkor 65°C-on körülbelül 51 tömeg% fruktóztartalomnál áll be az egyensúly. Ha táptalajként finomított glükóz-oidatot használunk (mely legfeljebb 6 tömegig nem-monoszacharidot tartalmaz), és ésszerű tartózkodási időt alkalmazunk az en1 zim-reaktorban, akkor a fenti eljárással legfeljebb 48—52 t% töménységű fruktóz-szirupot kaphatunk (szárazanyagra számítva)'. Nagyobb fruktóztartalmú szirupok előállításához frakcionáló rendszereket kell alkalmazni, ez pedig jelentősen megnöveli a végtermék előállítási költségeit. Nagyobb hőmérsékleten viszont kedvező irányban tolódik el az egyensúly. Pl. olyan enzimes glükóz-izomerizálási eljárással, mely körülbelül 90— 140°C-on is működőképes, közvetlenül is előállíthatunk nagy fruktóztartalmú kukoricaszirupokat (HFCS), amelyek a szárazanyagra számítva 53—60 tőmeg% fruktózt tartalmaznak, s így nem lesz szükség frakcionájásra vagy visszavezetésre. Az ismert glükőz-izomeráz rendszerek hajlamosak arra, hogy hő hatására denaturálódjanak, s ezzel egyidejűleg hatásuk meredeken csökken. Ez az a tényező, mely mindeddig meghiúsította az olyan kísérleteket, melyek magasabb hőmérséklet alkalmazásával próbálták az egyensúlyt eltolni a fruktóz képződés szempontjából kedvező irányba. Továbbá a glükóz, és különösen a fruktóz érzékeny redukáló cukrok, melyek — a találmány szerinti izomerizáláshoz szükséges hőmérsékletre melegítve — erősen hajlamosak nem kívánt melléktermékek, például pszikóz, színes termékek, színezőanyagok közbenső termékei, fruktóz-diarihidridek, mannóz, tagatóz és savak képzésére. Vizsgálataink során azt tapasztaltuk, hogy ha a glükóz izomerizálását a későbbiekben megadott pH- és az enzimreaktor-beli tartózkodási idő-határok között végezzük, akkor 90°C-tól 125°C-ig terjedő izomerizálási hőmérsékletek is alkalmazhatók jó minőségű (tehát elfogadható mennyiségű mellékterméket tartalmazó) HFCS-szirupok közvetlen előállítására. Az így kapott szirup körülbelül 60 tömeg% fruktózt tartalmaz, itt tehát feleslegessé válik azoknak a költséges és technológiailag bonyolult frakcionálási és visszavezetési műveleteknek az alkalmazása, melyek az ismert glükóz-izomerizálási eljárásoknál a fenti fruktóztartalom eléréséhez szükségesek. A találmány szerinti eljárásnál egy glükóztartalmú folyadékot 90—125°C hőmérsékleten, 5,5—7,5 pH-értéken annyi ideig hozunk érintkezésbe egy kémiailag stabilizált glükőz-izomeráz enzimmel, amennyi szükséges ahhoz, hogy a folyadék fruktóztartalma az összes szénhidráttartalomra számítva legalább 53— 60 tömeg% legyen, és a bomlási időt úgy állítjuk be, hogy az egyenlő vagy kisebb legyen az alábbiakban ismertetett (1) egyenletből számított értéknél azért, hogy ne képződjék jelentős mennyiségű melléktermék. A találmány szerinti eljárással fruktózzá izomerizálandó glükóz származhat e cukor bármely ismert forrásából. Gazdasági okokból a' glükózt általában cellulóz vagy keményítő savas és/vagy enzimes, előnyösen enzimes hidrolízisével állítjuk elő az ismert eljárások szerint. Az ily módon előállított 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
