191609. lajstromszámú szabadalom • Javított eljárás glükóz tartalmú cukorlé izomerizálására
térfogat mínusz a rögzített cuzimrészccskék térfogata), Fe = a fruktóz egyensúlyi törtje a glükóz/fruktóz elegyben az izomerizáció hőmérsékletén, Fc= a fruktóz belépési koncentrációja (a glükóz + fruktóz összegre vetítve), F = a fruktóz kilépési koncentrációja (fenti módon számítva), k = reakciósebességi állandó az izomerizációs reakció feltételei között, A = a töltetben lévő izomeráz aktivitása. A soronkövetkező példák szerint készített rögzí-, tett izomeráz k értékei 0.07-től 5 ghr1 IGIU -ig i (az IGIU meghatározását lásd az 1. példában) változ- i nak a 90—140 °C hőmérséklettartományban. Ez az összefüggés annak szükségességére mutat rá, hogy | magasabb hőfokon a lehetőség szerint minimális kon- j taktidőt érjünk el egységnyi térfogatra vonatkozta-1 tott nagy fajlagos aktivitású töltet alkalmazásával. Az ismertetendő példákban szereplő eljárások szerint kialakított töltetek maximálisan 2000 IGIU/ml tartalmúak, amivel 99.5 % egyensúlyi fruktóz hozam érhető el kevesebb mint 1 perc alatt egy nagyhőmérsékletű reaktorban, amennyiben kétlépcsős, hőfokfokozatú reaktort alkalmazunk, és az első lépcsőben alacsony hőmérsékleten izomerizálunk, majd a kilépő anyagáramot visszük a második, magasabb hőmérsékletű izomerizációs reaktorfokozatba. Midőn ilyen lépcsőzetes reaktorrendszert használunk, az enzimes glükóz/fruktóz konverzió céljára olyan eljárást előnyös követni, melynek során mintegy 20 és 85*40- meg% szénhidrátot tartalmazó glükózos levet glükózizomerázza! hozunk érintkezésbe 20—80 °C körüli hőmérsékleten, 6.0-tól 9.0-ig terjedő pH-érték mellett 0.5 és 2 óra közötti kontaktidővel annak érdekében, hogy az összes szénhidrátra számítva 52 tömeg% fruktóz-koncentrációt ériünk el a kiindulási lében, maid az elegy hőmérsékletét 90 és 140 °C közé emelve, továbbá a pH-t szükség szerint 3 és 8 érték közé beállítva, a fruktóz-tartalmú levet újabb, 1 másodperctől 5 óra hosszáig terjedhető időre glükóz-izomerázzal érintkeztetjük az eredeti glükóz-tartalmú kiindulási lében jelenlévő glükóz konverziós szintjét 53—60 tömegbe» közé emelendő, és a pszikóz, valamint egyéb nem-fruktóz, nem-glükóz jellegű cukrok keletkezését visszaszorítandó. Következésképpen nagy aktivitású töltetek alkalmazása igen alacsony kontaktidőket tesz lehetővé, ami viszont a jelen találmány szerinti magasabb hőmérsékleteken előforduló fruktóz-bomlást csökkenti. A glükóz-izomeráz rögzítési technikák kiválasztásakor azt a módszert előnyös Figyelembe venni, amelyik kisméretű, gyakorlatilag összenyomhatatlan, pórusos katalizátor szemcsékkel képes dolgozni, amiáltal a diffúziós hatások okozta izomerizációs reakciósebesség-gátlás minimálisra csökken. Egy másik metódus szerint az izomeráz egy membrán pórusaiban kerül rögzítésre, mely membránon keresztüláramoltatjuk a glükóz oldatot a magas hőmérsékletű izomerizáció során elősegítve ezáltal az enzim és a szubsztrátum közötti jó érintkezést a diffúziós gátlás 7 19 ellensúlyozására. A rögzítésre használt hordozó előnyösen valamilyen teljesen oldhatatlan és közömbös anyag, hogy elkerüljük a szubsztrátum oldat glükóz/ fruktóz komponenseinek nemkívánatos szennyeződését vagy bomlását. Mindazonáltal, a kereskedelmi gyakorlatban a fruktóz-tartalmú szörpöket nem tiszta glükózból gyártják. Glükóz forrásul inkább keményítő hidrolizátumok szolgálnak (az említett szakirodalmi hivatkozások szerint készítve), ezek pedig mindig tartalmaznak nem-glükóz és nem-fruktóz jellegű (továbbiakban poliszacharidok) szacharidokat, melyek a keményítő tökéletlen hidrolíziséből, illetve a glükóz átalakulásából származnak. Tipikusan ezek a komponensek alkotják a keményítő hidrolízissel előállított szacharidok szárazanyagra számított 3—8 tömegszázalékát. Ezért szükség van arra, amikor a végrehajtandó izomerizáció reakcióhőmérsékletét kiszámítjuk, hogy figyelembe vegyük poliszacharidok jelenlétét a glükózlében, valamint egyéb olyan tényezőket, mint az elérendő teljes száraz fruktóz-tartalom, továbbá pszikóz és nem-glükóz, nem-fruktóz jellegű egyéb termékek képződése a glükóz-lé és az izomeráz közötti érintkezés folyamán. Az izomerizáció hőmérsékletének kiszámítására szolgáló összefüggés az alábbi: 8 T =------------------------» (4) 2.3005 - InK ’ w F amelyben K = ITp(5) 10,000 (M + C) F = “ö(Too~P) (6) T = izomerizációs hőmérséklet, F = egyensúlyi fruktóz-tartalom (a teljes glükóz + fruktóz-tartalom %-ában) a T hőmérsékleten, M = az izomerizált termékben elérni szándékozott száraz fruktóz %, C = pszikóz.%+egyéb, a tényleges izomerizációs kontaktidő folyamán képződött bomlástermékek, Q = az izomerizációs reakció során elért egyensúly százaléka, P = a glükózlé százalékos poliszacharidtartalma. Az esetek többségében kevesebb mint 1 % — előnyösen kevesebb mint 0.5 % — pszikóz és más bomlástermék, továbbá 99.5 %-os egyensúlyi állapot érhető el. Emiatt, 55,5 % (szárazanyagra számított) fruktóztartalmú szirupok készítéséhez az alábbi izomerizádós hőmérsékletek szükségesek a jelzett poliszacharid koncentrációjú glükóz levek esetében: 1 603 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 5
