DD280121A1 - PROCESS FOR INVERTING SACCHAROSE-CONTAINING SOLUTIONS - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Invertierungsverfahren von reinen oder feststoffbehafteten saccharosehaltigen Loesungen unterschiedlicher Konzentration. Zum Einsatz kommen invertaseproduzierende Hefen der Arten Saccharomyces cerevisiae, Candida utilis und Hansenula anomala, die als Suspension oder Filtrate der Hefesuspensionen direkt der saccharosehaltigen Loesung zugesetzt werden. Die Invertierung kann oekonomisch guenstiger als bei vergleichbaren anderen Invertierungsverfahren in einem vertretbaren Zeitaufwand durchgefuehrt werden.The invention relates to an inversion process of pure or solid-laden sucrose-containing solutions of different concentrations. Invertase-producing yeasts of the species Saccharomyces cerevisiae, Candida utilis and Hansenula anomala are used, which are added as suspension or filtrate of the yeast suspensions directly to the sucrose-containing solution. The inversion can be performed economically more economically than comparable other inversion methods in a reasonable amount of time.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Invertierung von saccharosehaltigen Lösungen unterschiedlicher Konzentration. Die Erfindung kann in solchen Industriezweigen genutzt werden, die Substrate für die Kultivierung von invertaseinaktiven Mikroorganismen benötigen bzw. in denen Invertzuckerlösungen gebraucht und so ökonomisch günstiger gewonnen werden können.The invention relates to a method for inverting sucrose-containing solutions of different concentrations. The invention can be used in industries which require substrates for the cultivation of invertase-inactive microorganisms or in which invert sugar solutions can be used and thus obtained more economically.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Invnrtzuckerlösungen werden in vielen Industriezweigen, wie z.B. der Süßwarer-, Backwaren- oder Getränkeindustrie angewandt. Die Gewinnung dieses Invertzucker basiert meist auf der Behandlung von Saccharoselösungen mit anorganischen oder organischen Säuren. So kommen organische Säuren, wie Citronensäure (SU-PS 730809) und anorganische Säuren, wie Schwefel- oder Salzsäure, zur Anwendung. Diese Verfahren bringen aber den Nachteil mit sich, daß die erhaltenen Inventzuckerlösungen einer intensiven Reinigung unterzogen werden müssen, um die Anionen, die durch die Säuren eingetragen werden, zu entfernen. Dadurch gestaltet sich die Verfahrensführung ökonomisch uneffektiv. Außerdem kann die Verschiebung des pH-Wertes eine Neutralisation erforderlich machen, wodurch zusätzliche Ionen in die Lösung gelangen. Eine weitere Möglichkeit besteht in der enzymatischen Hydrolyse der Saccharosemoleküle unter Verwendung industriell hergestellter Invertasepräparate. Die Gewinnung dieser Invertase (ß-D-Fructo-furanosido-Fructohydrolase, EC3.2.1.26.) erfolgt vorrangig aus Back- und Bierhefe durch Plasmolyse und Autolyse. Das gereinigte Produkt wird in flüssiger Form, z. B. mit 70% Sorlirt stabilisiert in den Handel sebracht. Ebenfalls gibt es die Möglichkeit, die Zellen mechanisch oder enzymatisch aufzusch aßen, um die Invertase freizusetzen. (SUlTON und LAMPEN, Biochim. Biophys. acta 56 [19621, S.303-312). Großtechnisch korniit ein Verfahren zur Anwendung, in dem Kontinuierlich aus Backhefe Invertase gewonnen wird (GB-PS 2198731). Dazu wird die Hefezellsuspension in einer Spindelmühle kontinuierlich durch Mikroglaskugeln aufgeschlossen. Über verschiedene fteinigungsschritte wird die invertasehaltige Lösung von den Hefezellen getrennt und konzentriert. Stabilisiert mit Glycerol gelangt sie dann in den Handel. Die Herstellung einer solchen Invertaselösung birgt auf Grund der umfangreichen Reinigungsund Stabilisierungsschritte ökonomische Nachteila in sich. Dementsprechend ist die Verwendung so hergestellter Präparate aus ökonomischer Sicht oft nicht vorte'lhaft.Invalid sugar solutions are used in many industries, such as the confectionery, bakery or beverage industry. The recovery of this invert sugar is mostly based on the treatment of sucrose solutions with inorganic or organic acids. For example, organic acids such as citric acid (SU-PS 730809) and inorganic acids such as sulfuric or hydrochloric acid are used. However, these processes entail the disadvantage that the resulting inventory sugar solutions must be subjected to intensive purification in order to remove the anions which are introduced by the acids. This makes the process management economically ineffective. In addition, the shift in pH may necessitate neutralization, causing additional ions to enter the solution. Another possibility is the enzymatic hydrolysis of the sucrose molecules using industrially produced invertase preparations. The recovery of this invertase (ß-D-fructo-furanosido-fructohydrolase, EC3.2.1.26.) Takes place primarily from baker's and brewer's yeast by plasmolysis and autolysis. The purified product is in liquid form, eg. B. stabilized with 70% Sorlirt placed on the market. There is also the possibility of mechanically or enzymatically digesting the cells to release the invertase. (Sutton and Lampen, Biochim., Biophys. Acta 56 [19621, pp. 303-312]. On the industrial scale, a process is used in which continuous baking yeast invertase is obtained (British Pat. No. 2198731). For this purpose, the Hefezellsuspension is digested in a spindle mill continuously through glass microspheres. The invertase-containing solution is separated from the yeast cells by means of various steps of purification and concentrated. Stabilized with glycerol it then goes on sale. The production of such an invertase solution entails economic disadvantages due to the extensive cleaning and stabilization steps. Accordingly, the use of preparations prepared in this way is often not advantageous from an economic point of view.

Neben dem direkten Zusatz der Invertase ist auch die Immobi'isierung dieses Enzyms publiziert (DD-PS 240999). Dazu werden als Trägermaterialien Copolymerisate aus Styren und Divinylbenzen in gepackten Säulenreaktoren verwendet. Bei dem Verfahren wird weiterhin die zu hydrolysierende Saccharosolösung vor der Invertierung kurzzeitig erhitzt und durchläuft noch einen adsorptiven Reinigungsschritt. Durch die Nutzung solcher immobilisierter Enzyme entstehen eine Reihe von Nachteilen für die Verfahrensführung. So wird die Aktivierungsenergie heraufgesetzt und die Substratumsatzgeschwindigkeit nimmt ab. Rentabel gestaltet sich eine solche Verfahrensführung nur für große Mengenströme, wobei ausreichend urd ökonomisch günstig Trägermaterialien und Enzyme vorhanden sein müssen. Ebenso sind reine, nicht mit Feststoffen belastete Lösungen unabdingbare Voraussetzung.In addition to the direct addition of invertase, the immobilization of this enzyme has also been published (DD-PS 240999). For this purpose, copolymers of styrene and divinylbenzene in packed column reactors are used as support materials. In the method, the sucrose solution to be hydrolyzed is heated for a short time prior to the inversion and still undergoes an adsorptive purification step. The use of such immobilized enzymes creates a number of disadvantages for the process. Thus, the activation energy is increased and the substrate turnover rate decreases. Profitable, such a process management designed only for large flow rates, with sufficient urd economically beneficial carrier materials and enzymes must be present. Likewise, pure, not contaminated with solids solutions are essential.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, eine saccharosehaltige Lösung ökonomisch günstig und in einem vertretbaren Zeitaufwand zu invertieren.The aim of the invention is to invert a sucrose-containing solution economically favorable and in a reasonable amount of time.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Invertierung von saccharosehaltigen Lösungen anzugeben, das ohne Trägermaterialien und isolierten Enzymen auskommt und für mit Feststoffen belastete Lösungen geeignet ist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß man eine dickbreitige Hefesuspension, die keine physikalisch oder enzymatisch aufgeschlossenen Zellen enthält, der Hefen Saccharomyces cerevisiae, Candida utilis oder Hansenula anomala direkt zugibt oder mit Bierwürze oder Wasser auswäscht und filtriert, so daß die Hefezellzahl maximal 10⁶HZ/ml beträgt, und diese Lösung in einer Konzentration von 1 % bis 20%, vorzugsweise 5%-15% einer saccharosehaltigen Lösung, die unterschiedliche Konzentrationen aufweisen kann, zusetzt. Die Temperatur dieser Lösung wird dabei auf 20°C-70°C, vorzugjweise 50°C-60°C, und der pH-Wert auf 3-6, vorzugsweise 4-5,5 eingestellt. Dieser pH-Wert braucht nicht durch Zusatz anorganischer oder organischer Säuren einreguliert zu werden, da eine Saccharoselösung selbst einen solchen pH-Wert aufweist. Es besteht ebenfalls die Möglichkeit, ungereinigte saccharosehaltige Lösungen (Zwischerprodukte bei der Zuckelherstellung, Dünnsaft) zu invertieren, solange die enthaltenen Ionen, z. B. Ca* *, nicht zu einer Inhibierung der Invertase führen. Sonst müßten sie vorher durch geeignete Maßnahmen abgetrennt werden. Bei der eingestellten Temperatur von 50°C-€0°C tritt keine Alkoholbildung auf.The invention has for its object to provide a method for inverting sucrose-containing solutions, which does not require carrier materials and isolated enzymes and is suitable for contaminated with solids solutions. According to the invention, this object is achieved in that a thick yeast suspension containing no physically or enzymatically disrupted cells, the yeasts Saccharomyces cerevisiae, Candida utilis or Hansenula anomala directly added or washed with wort or water and filtered so that the yeast cell count maximum 10 ⁶ HZ / ml, and this solution in a concentration of 1% to 20%, preferably 5% -15% of a sucrose-containing solution, which may have different concentrations added. The temperature of this solution is adjusted to 20 ° C-70 ° C, preferably 50 ° C-60 ° C, and the pH to 3-6, preferably 4-5.5. This pH need not be regulated by the addition of inorganic or organic acids, since a sucrose solution itself has such a pH. There is also the possibility of inverting unrefined sucrose-containing solutions (intermediates in Zuckelherstellung, thin juice), as long as the ions contained, z. As Ca * *, do not lead to inhibition of invertase. Otherwise they would have to be separated beforehand by appropriate measures. At the set temperature of 50 ° C- € 0 ° C, no alcohol formation occurs.

Die erfindungsgemäße Methode ist für viele Industriezweige zugänglich und wtgen ihres geringen ökonomischen und technischen Aufwands leicht durchführbar. Einsatzgebiete sind Industriezweige in denen Biomasse und mikrobielle Stoffwechselprodukte hergestellt werden wie die chemische Industrie, Lebensmittelindustrie und pharmazeutische Industrie, als auch in der Landwirtschaft.The method according to the invention is accessible to many branches of industry and is easily feasible owing to its low economic and technical complexity. Fields of application are industries in which biomass and microbial metabolites are produced, such as the chemical, food and pharmaceutical industries, as well as in agriculture.

Ausführungsbeispieleembodiments Beispiel 1example 1

Zum Einsatz kommt eine 30%ige Saccharoselösung, bei dur die Saccharose in Leitungswasser gelöst wird. Zwei Liter dieser Lösung v/erden mit 100ml Brauereiabfallhefe der Art Saccharom/ces cerevisiae (Hefezellzahl pro ml etwa 90 · 10⁶) versetzt und auf eine Temperatur von 55⁰C gebracht. Der pH-Wert beträgt 5,25 und braucht nicht korrigiert zu werden. Nach einer Zeitdauer von einer Stunde ist diese Lösung vollständig invertiert. Durch zusätzliches Rühren kann diese Zeit noch minimiert werden.A 30% sucrose solution is used, at which the sucrose is dissolved in tap water. Two liters of this solution are mixed with 100 ml brewery waste yeast of the species Saccharomes / ces cerevisiae (yeast cell count per ml about 90 × 10 ⁶ ) and brought to a temperature of 55 ^° C. The pH is 5.25 and need not be corrected. After a period of one hour, this solution is completely inverted. Additional stirring can minimize this time.

Beispiel 2Example 2

Die Konzentrationen und Menge der Saccharoselösung ist wie in*. Beispiel 1 beschrieben. Dazu wird eine Menge von 200ml Hefefiltrat gegeben. Die Invertierungsdauer verändert sich nicht.The concentrations and amount of the sucrose solution are as in *. Example 1 described. This is given a lot of 200ml yeast filtrate. The inversion time does not change.

Für die Herstellung des Hefefiltrats werden 50ml Hefesuspension einer dreimal geführten Brauereihefeder Art Saccharomyces cerevisiae durch ein Faltenfilter gegeben, mit Wasser gewaschen und auf oben beschriebenes Volumen gebracht.For the preparation of the yeast filtrate, 50 ml of yeast suspension of a brewery brewery thrush, Art Saccharomyces cerevisiae, are passed through a pleated filter, washed with water and brought to the volume described above.

Beispiel 3Example 3

Es wird eine 50%ige Saccharoselösung mit 20% Filtrat versetzt. Die Prozeßparameter sind die gleichen wie im Beispiel 1. Nach einer Zeitdauer von 90 Minuten ist diese Lösung vollständig invertiert. Die Gewinnung des Hefefiltrats erfolgt wie im Beispiel 2 beschrieben, wobei das Sediment nicht mit Wasser gewaschen wird.A 50% sucrose solution with 20% filtrate is added. The process parameters are the same as in Example 1. After a period of 90 minutes, this solution is completely inverted. The recovery of the yeast filtrate is carried out as described in Example 2, wherein the sediment is not washed with water.

Beispiel 4Example 4

Es werden die gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 gewählt. Zum Einsatz kommt ein ungeklärter Dünnsaft aus der Zuckerherstellunß (Saccharosekonzentration etwa 10%), der mit 10% Hefefiltrat (siehe Beispiel 2) versetzt wird. Der pH-Wert wird auf etwa 5 eingestellt. Eine vollständige Invertierung dieser Lösung wird nach einer Stunde erzielt.The same conditions as in Example 1 are selected. An undeclared thin juice from the Zuckerherstellunß (sucrose concentration about 10%), which is mixed with 10% Hefefiltrat (see Example 2) is used. The pH is adjusted to about 5. A complete inversion of this solution is achieved after one hour.

Beispiel5Example 5

Es erfolgt die Invertierung einer 20%ige Saccharoselösung durch die Zugabe einer dickbreiigen Backhefe. Die entstehende· Suspension weist eine Hefezellzahl von etwa 40 · 10⁶ Hefozellen pro ml auf. Die Invertierungszeit beträgt hierbei 90 Minuten.The inversion of a 20% sucrose solution is carried out by adding a thick yeast. The resulting suspension has a yeast cell count of about 40 × 10 ⁶ yeast cells per ml. The inversion time is 90 minutes.

Beispiel 6Example 6

Eine 25%ige.^c*accharoselösung wird mit 10% einer Suspension von Candida utilis versetzt. In der Suspension sind etwa 60 · 10⁶HZ/m ;nthalten. Die Invertieruny <Ίι.ί Saccharoselösung erfolgt in 150min. Die Parameter sind wie im Beispiel 1.A 25%. ^c * accharose solution is mixed with 10% of a suspension of Candida utilis. About 60 × 10 ⁶ HZ / m are kept in the suspension. The Invertierunit® sucrose solution is carried out in 150 min. The parameters are as in Example 1.

Beispiel 7Example 7

Die Konzentration der Saccharoselösung und der Hefesuspension ist wie im Beispiel 6 beschrieben. Zum Einsatz kommt die Hefe Hansenula anomala, die für die Invertierung eine Zeitdauer von 120 min. benötigt.The concentration of the sucrose solution and the yeast suspension is as described in Example 6. The yeast Hansenula anomala is used, which has a duration of 120 min for the inversion. needed.

Claims (5)

1. Verfahren zur Invertierung von saccharosehaltigen Lösungen, dadurch gekennzeichnet, daß die saccharosehaltige Lösung mit einer Hefesuspension oder dessen Filtrat eines invertaseproduzierenden Hefestammes (Saccharomyces cerevisiae, Hansenula anomala, Candida utilis) versetzt wird.1. A process for the inversion of sucrose-containing solutions, characterized in that the sucrose-containing solution with a yeast suspension or its filtrate of an invertase-producing yeast strain (Saccharomyces cerevisiae, Hansenula anomala, Candida utilis) is added. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu invertierende saccharosehaltige Lösung eine Konzentration von maximal der Sättigungskonzentration aufweist, vorzugsweise 20% bis 50%.2. The method according to claim 1, characterized in that the sucrose-containing solution to be inverted has a concentration of at most the saturation concentration, preferably 20% to 50%. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hefesuspension oder dessen Filtrat in einer Konzentration von 1 % bis 20%, vorzugsweise 5% bis 15%, der saccharosehaltigen Lösung zugesetzt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the yeast suspension or its filtrate in a concentration of 1% to 20%, preferably 5% to 15%, of the sucrose-containing solution is added. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Filtrat die Hefezellzahl maximal 10⁶HZ/ml beträgt.4. The method according to claim 1, characterized in that in the filtrate, the yeast cell count is at most 10 ⁶ HZ / ml. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hefesuspension direkt oder mit Bierwürze oder Wasser gewaschen und filtriert zugesetzt wird.5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that the yeast suspension is washed directly or with wort or water and filtered is added.