199562. lajstromszámú szabadalom • Javított eljárás glükóz izomerizálására
HU 199562 B állíthatjuk be, amint azt a fentiekben ismertettük. Az összefüggések az 5., 6. és 7. számú egyenletekből láthatók. Az érintkezési idő további szabályozásának lehetőségét nyújtja a 4. egyenlet, mely azt mutatja, hogy ezen idő fordítottan arányos az enzim aktivitásával. Ha a kémiailag stabilizált glükóz-izomerázt oldható alakban használjuk, akkor a lehűtés előtt inaktiválni kell (például úgy, hogy a pH-t olyan értékre csökkentjük, melynél az izomeráz inaktiválódik), hogy elkerüljük a magas hőmérsékletű izomerizálás során képződött fruktóz visszaalakulását glükózzá, hiszen az izomerizációs reakció természetesen megfordítható. A fruktózzá történő átalakulás maximális mértékét a glükóz és a fruktóz közötti termodinamikai egyensúly határozza meg, az viszont az izomerizálás hőmérsékletétől függ. Egyensúlyi glükóz-fruktóz keverékek igen. gondos elemzésével jutottunk a következő összefüggésekhez: F=100 K/ÍK+l) (2) in K = T^273 + 2,3005 (3), 7 ahol F a fruktóz tömegszázalékos aránya egyensúlyi állapotban a glükóz és fruktóz összes tömegéhez viszonyítva, T az izomerizálási hőmérséklet (°C), és K= a glükóz/fruktóz egyensúlyi állandó. Ha az izomerázt megkötött formában alkalmazzuk, a glükóztartalmú szirup és az izomeráz közötti tényleges érintkezési időt általában az alábbi egyenlet alapján számíthatjuk: (4) ahol ta = a tényleges érintkezési idő, C = a glükóz és a fruktóz koncentrációja, V = a folyadék netto térfogata a reaktorban (a reakciókeverék térfogata mínusz a megkötött enzimrészecskék által elfoglalt térfogat), Fe = a fruktóz egyensúlyi törtje a glükóz/fruktóz keverékben az izomerizálási hőmérsékleten, F0= a fruktóz aránya (a glükóz és fruktóz együttes mennyiségéhez viszonyítva) a reakciókeverékbe történő belépéskor, F = a fruktóz aránya (a glükóz és a fruktóz együttes mennyiségéhez viszonyítva) a reakciókeverékből történő kilépéskor, k = az izomerizálás reakciósebességi állandója az izomerizálási körülmények között és A = az izomeráz aktivitása a reakciókeverékben. A következő példák szerint előállított, megkötött izomerázenzimre 90 és 125°C közötti hőmérsékleten a k értéke 0,07 és körülbelül 5 ghr~'IGIU-1 között változik. Ez az össze- 5 függés azt mutatja, hogy magas hőmérsékleten — egységnyi térfogatra vonatkoztatva nagy aktivitású tömör ágyak alkalmazásával — minimalizálni kell az érintkezési időt. A következő példákban ismertetett el- 10 járások szerint kialakított tömör ágyak milliliterenként max. 2000 IGIU-t tartalmazhatnak, amivel magas hőmérsékletű reaktorban 1 percnél rövidebb idő alatt 99,5% egyensúlyi glükóz-fruktóztartalmat érhetünk el, ha 15 különböző hőmérsékleten működő, többfázisú reaktor-rendszert alkalmazunk, és az első réaktorba betáplált anyagot alacsony hőmérsékleten izomerizáljuk, mielőtt a második reaktorban végrehajtanánk a magas hőmér- 20 sékletű izomerizálási. Többfázisú reaktor-rendszer használata esetén a glükóznak fruktózzá történő enzimes átalakításához előnyösen olyan eljárást alkalmazunk, mely abból áll, hogy 20—80°c-os hőmérsékleten, 6,0—7,5-ös 25 pH-értéken 0,5—2 óra érintkezési idő alatt egy 20—85 tömeg% a glükóztartalmú nyers oldat eredeti glükóztartalmából körülbelül 40—45 tömeg%-nyi mennyiséget fruktózzá alakítunk át oly módon, hogy az izomerizációs 3Q közeg hőmérsékletét 90°C-ról 125°C-ra emeljük, pH-ját 7—7,5-re növeljük, majd a fruktóztartalmú oldatot további 1 másodperctől 5 óráig terjedő időszakra érintkezésbe hozzuk a glükóz-izomerázzal, hogy az átalakulási 35 fokot a kiindulási glükóz-oldatban jelenlévő glükóztartalomra vonatkoztatva 53-ról 60 tömeg%-ra növeljük, miközben sem jelentős mennyiségű pszikóz, sem pedig egyéb nem-fruktóz, nem-glükóz cukor nem képződik. 40 így nagy hatásfokú tömör ágyak alkalmazásával a tényleges érintkezési időket kicsire csökkenthetjük, ezáltal pedig minimálisra csökken a jruktóznak a találmány szerinti eljárás, által igényelt magas hőmérsékleten történő lebomlása. 45 A glükóz-izomeráz megkötésére előnyösen olyan módszert választunk, mely kisméretű, lényegében összenyomhatatlan katalizátor-részecskéket ad, melyeknek használatával az g_ izomerizálási sebességet csökkentő diffúziós hatások minimalizálhatók. Egy másik módszer szerint az izomerázt megköthetjük egy membrán pórusaiban, majd ezen átnyomatva a glükózoldatot végbemegy a magas hőmérsékletű izomerizálás. Ez a 55 módszer jó érintkezést biztosít az enzim és a táptalaj között, s így minimálisra csökkenti a diffúziós korlátokat. Az enzim megkötéséhez előnyösen teljesen oldhatatlan és inert hordozóanyagot használunk, hogy elkerüljük a tápoldatok glükóz/fruktóz-tartalmának szennyeződését, illetve bomlását. Az ipari gyakorlatban azonban a fruktóztartalmú szirupokat nem tiszta glükózból 65 állítják elő. Glükózforrásként inkább (a fen-8 5
