191480. lajstromszámú szabadalom • Eljárás gükózt és fruktózt tartalmazó oldatok előállítására
1 191 480 2 Találmányunk glükózt és fruktózt tartalmazó oldat előállítására vonatkozik glükóztartalmú oldatoknak szilícium-dioxid-hordozóra felvitt, glükóz-izomerázaktivitással rendelkező katalizátorral történő reagáltalásával. Az utóbbi időben egyre nagyobb jelentőségre telt szert a glükóznak glükóz-fruktóz-keverékké történő enzimes átalakítása. A keveréket főként az ízomeróz nevű szirup alakjában hozzák forgalomba és mindenekelőtt az élelmiszer- és italiparban a világszerte egyre nehezebben beszerezhető és drágább kristálycukor (cukornádból vagy cukorrépából nyert nyerscukor, répacukor, szacharóz) helyettesítésére használják. A glükóz-fruktóz-keverék előállításához szükséges glükóz forrásaként a természetben előforduló keményitőféleségek (pl. kukorica- vagy burgonyakeményítő) állnak rendelkezésre, amelyeket savas és/vagy enzimes hidrolízissel alakítanak glükózzá. A glükózt oly módon alakítják enzimes hidrolízissel fruktózzá, hogy a vizes glükóz-oldatot, adott esetben az izomerizálást kedvezően elősegítő anyagok (pl. kobalt- vagy magnézium-ionok) hozzáadása mellett, a kívánt izomerizálási fok eléréséig glükóz-izomerázzal hozzák érintkezésbe, az oldatból az adalékanyagokat adott esetben elválasztják, majd az oldatot adott esetben sziruppá bepárolják. A múltban túlnyomórészt szakaszos eljárásokat alkalmaztak és izolált glükóz-izomerázt vagy a glükózizomerázt termelő mikroorganizmusban természetes sejtkötésben levő glükóz-izomerázt alkalmaztak. Az ily módon felhasznált gliikóz-izomeráz egyáltalán nem vagy csupán komoly ráfordítások útján nyerhető vissza és használható újra fel. Ezért újabban egyre inkább a sejthez való rögzítéssel oldhatatlanná tett és adalékanyagokkal mechanikusan rögzitett glükózizomerázt alkalmaznak. A glükóz-izomeráz szervetlen vagy szerves hordozókhoz adszorbtív úton vagy kovalens kötéssel kapcsolódhat és ily módon vízoldhalatlanná tehető. Az ily módon rögzített és megerősített vagy a hordozóhoz kötött glükóz-izomeráz többször újra felhasználható és ily módon az eljárás folyamatossá tételére nyílik lehetőség pl. oly módon, hogy a hordozóhoz kötött glükóz-izomerázt reaktorba töltik és a glükózoldatot (sz.ubszlrátum) a reaktoron áláramoltalják. A folyamatos eljárás elvégzéséhez szükséges, hordozóhoz kötött glükóz-izomeráz (a továbbiakban: „katalizátor” vagy „hordozókatalizátor”) a technika állásához tartozik. így pl. a 2.726.188 sz. német szövetségi közlársaságbcli közrebocsátási iratban glükóz-izomeráz aktivitással rendelkező, szílíciumdioxid hordozóra felvitt katalizátort írtak le. A találmányunk tárgyát képező eljárás glükózt és fruktózt tartalmazó oldatok előállítására vonatkozik és olyan folyamatos eljáráson alapul, amelynek során a glükóz-oldatot (szubsztrátumot) glükóz-izomeráz aktivitással rendelkező hordozókatalizátort tartalmazó reaktoron áramoltatják ál. Találmányunk az alábbi felismeréseken alapul: Az izomeróznak a természetes szacharózhoz viszonyított versenyképességét az ár mellett főként az édes ízért felelős fruktóztartalom határozza meg. A természetes szacharóz glükózból és fruktózból álló diszaclnirid, amelyben a glükóz és fruktóz móíaránya 1:1. Ezzel szemben az izomerózban a glükóz és fruktóz mólaránya és ezáltal az édességi fok ingadozik és elsősorban a glükóz-oldat glükóz-izomerázzal való érintkeztetésének időtartamától és hőmérsékletétől függ. A legfeljebb 60 °C-on elérhető és megfelelő hoszszú idő után önmagától beálló termodinamikai egyensúly esetében az izomerizálási fok kb. 51 %, azaz 100 glükóz-molekulából 51 fruktóz-molekula keletkezik. A piacon a jelenlegi gyakorlat szerint 42 % fruktóztartalmú (szárazanyag) izomerózt fogadnak el. Minthogy a technikai tisztaságú kiindulási anyagok gliikózlartalma általában 90-95 %, a gyakorlatban a 42 %-os fruktóztartalom beállításához 44 — 47 %-os izomerizálási fok elérésére van szükség. A fenti izomerizálási fok csak oly módon érhető el, hogy a glükózizomeráz aktivitással rendelkező hordozókatalizátort az adott aktivitástól függő, pontosan meghatározott térsebesség mellett alkalmazzák. A 2.726.188 sz. német szövetségi köztársaságbcli nyilvánosságrahozatali iratban leírt eljárással előállítható korszerű katalizátorok esetében pl. mintegy 10-20 tf/tfxóra kezdeti térsebesség alkalmazható. Az üzemelési idő előrehaladásával azonban a katalizátor aktivitása a reakcióhőmérséklettől függő sebességgel csökken. A 2.726.188 sz. német szövetségi köztársaságbeli közrebocsátási iratból ismert katalizátor 60 °C-os hőmérsékleten végzett kb. 670 órás üzemeltetés után kiindulási aktivitásának 50 %-ávai rendelkezik. A kezdetben elért izomerizálási fok ezzel a katalizátorral csupán oly módon biztosítható, hogy a térsebességet a kiindulási érték felére csökkentik. A katalizátor gazdaságosan addig üzemeltethető, amíg aktivitása a kiindulási érték 20 %-a alá nem csökken; ez 1700 üzemóra után következik be. Azt tapasztaltuk, hogy a szilícium-dioxid hordozóra felvitt, glükóz-izomeráz aktivitással rendelkező katalizátor üzemeltetési ideje több mint kétszeresére növelhető oly módon, hogy a glükóztartalmú oldatot a hordozókatalizátorral való reagálta tás előtt szilíciumdioxid vagy alumínium-szilikát idomdarabokkal hozzuk érintkezésbe. A katalizátor és az idomdarabok tömegaránya célszerűen 3 : 1 és 1 : 3 közötti érték, előnyösen 1:1. Ily módon a katalizátor termelékenysége is megkétszereződik. A katalizátor termelőképességén azon szubsztrátum-mcnnyiségcl értjük (szárazanyagra vonatkoztatva, kg), amely adott izomerizálási fok mellett 1 kg katalizátor által addig átalakítható, míg a katalizátor aktivitása a kiindulási érték 20 %-ára csökken. A glükóznak fruktózzá történő — különösen folyamatos - átalakítására szolgáló berendezés a szokásos részeken (pl. tároló- és felfogótartályok, vezetékek, szivattyúk, mérőberendezések, hőmérsékletbeállitó berendezések stb.) kívül talámányunk értelmében a reaktor elé kapcsolt, a szilícium-dioxid vagy alumínium-szilikát idomdarabokat tartalmazó előoszlopot foglal magában. Az előoszlop térfogatát a reaktor térfogatához viszonyítva oly módon választjuk meg, hogy a katalizátor és az előoszlopban levő anyag térfogatsúlyának figyelembevételével a korábbiakban megadott súlyviszonyokat biztosítjuk. A találmányunk tárgyát képező eljárást - különösen folyamatos módszer cselében — oly módon végezhetjük el, hogy a vizes glükóz-oldatot (amely előnyösen kb. 40 - 50 tömeg % szárazanyag-tartalmú) a hor-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
