DE1442283A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Staerkespaltung - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur StaerkespaltungInfo
- Publication number
- DE1442283A1 DE1442283A1 DE19651442283 DE1442283A DE1442283A1 DE 1442283 A1 DE1442283 A1 DE 1442283A1 DE 19651442283 DE19651442283 DE 19651442283 DE 1442283 A DE1442283 A DE 1442283A DE 1442283 A1 DE1442283 A1 DE 1442283A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- starch
- paste
- mixer
- enzyme
- saccharification
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
- C12P19/20—Preparation of compounds containing saccharide radicals produced by the action of an exo-1,4 alpha-glucosidase, e.g. dextrose
Landscapes
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Zoology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Microbiology (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Description
Verfahren und Vorrichtung zur Stärkespaltung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stärkespaltung durch Verkleisterung von Stärkemilch in der Wärme und
Hydrolyaierung der so erhaltenen Stärkepaste mit Amyloglucosidaae
bei enzymspezifischer Optimaltemperatur, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Die direkte Hydrolyse von konzentrierter Stärkepaste ist schwierig, nicht nur wegen ihrer hohen Viskosität, sondern
aauh wegen ihrer großen Neigung zur Retrogradation.
Man geht deshalb Üblicherweise so vor, daß man die Stärke, vor der Verzuckerung mit Amyloglucosidase, mit a-Amylase
oder durch Säurekonversion bis zu einem DE-Wert von 10-20 verflüssigt. Die verminderte Viskosität erleichtert das
Zumischen des».'Enzyms, und außerdem treten bei einem DE-Wert dieser Größenordnung rückläufige Tendenzen selbst bei hoher
Konzentration nicht auf.
809809/0725 ^ 2 _
Auch wird es als wirtschaftlicher angesehen, die enzymatische Verzuckerung von Stärke in der Lösungsphase durchzuführen.
Die vorherige Verflüssigung mit Hilfe von a-Amylase wird
der mit Säure vorgezogen, da sie bei der nachfolgenden Verzuckerung der Stärke mit Amyloglucosidase zu einem
höheren Hydrolysengrad führt als diese. Tatsächlich lehrt
die Erfahrung, daß maximal ein DE-Wert von etwa 97 erreichbar ist, wenn das Ausgangsmaterial mit a-Amylgfase verflüssigt
wurde, bei einer Vorbehandlung mit Säure unter vergleichbaren Bedingungen hingegen bestenfalls nur von 95 oder
Warum das so ist, wird weiter unten erklärt werden.
Auch die Vorverflüssigung mit a-Amylase ist jedoch nicht nur hinsichtlich des schließlich erzielbaren DE-Wertea
unbefriedigend, wie ebenfalls später erläutert wird. Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zu schaffen, die unter Überwindung der vorgenannten technologischen Schwierigkeiten
die direkte Stärkeverzuckerung ermöglicht und sehr hohe DE-Werte von 99 und mehr zu erreichen gestattet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnett
daß man eine Stärkemilch mit einem Feststoffgehalt von mehr» als 20 I auf eine Temperatur Über 120° erhitzt, die heißs
Paste rasch abkühlt» die benötigte Enzymmenge sowie einen
Teil eines bereits in seiner Viskosität verminderten
Substrats einmischt und die Spaltung bis zur Erzielung des gewünschten Abbaugrades ablaufen lässt»
Vorzugsweise unterwirft man die Stärkepaste zur Abkühlung auf 1000C einer Entspannungsverdampfung und lässt dann die
Paste zur weiteren Abkühlung durch Luft fließen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen Tank zur Bereitung
von Stärkemilch, einen Kocher, mit dem die Stärkemilch kontinuierlich auf eine Temperatur über 1200C erwärmbar ist,
eine Dampfzuleitung zu diesem Kocher und eine Verbindungsleitung zwischen dem Tank und dem Kocher, eisen Entspannungsverdampfer, der über eine Leitung mit einem auf konstanten
hydraulischen Druck einstellbaren Drosselventil mit dem Kopf des Kochers verbunden ist und am Boden eine Pastenaustrittsöffnung
aufweist, einen von der Austrittsöffnung des Entspannungsvardampfers
nach unten führenden Kühlschacht, einen thermostatierbaren Mischer, der am FJiuße des Schachtes angeordnet
ist» einen Vorratsbehälter für Enzymlösung, der über eine Leitung mit dam Mischer verbunden ist, gegebenenfalls einen
an den Mischer angeschlossenen indirekt beheizbaren rohrförmigen kontinuierlich benutzbaren Konverter und einen oder
mehrere indirekt beheizbare tankförmige diskontinuierlich benutzbare Konverter, sowie einer Rücklaufleitung zum Mischer.
Vorzugsweise ist der Kocher als drehbares Rohr mit Dampfmantel ausgebildet und weist Dampfzu- und -ableitungen zu bzw.
von dem Mantel und dem Rohr auf.
809809/072G
Nach einer besonders bewährten Konstruktion weist der Entspannungsverdampfer einen in das Innere führenden Einlaß
für heiße Paste sowie einen ringförmigen Hohlmantel auf, durch den der-Abdampf ableitbar ist.
Zweckmäßigerweise ist der Boden des Entspannungsverdampfers als perforierte Platte ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist leicht und wirtschaftlich
durchzuführen und gestattet es, die Hydrolyse bis zu einem DE-Wert von über 99 zu bringen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
ζην Stärkespaltung nach diesem Verfahren zeichnet
sich durch Einfachheit und Zuverlässigkeit aus, und insbeson-4dere
der Entspannungsverdampfer mit seiner perforierten Bodenplatte und der daran anschließende Kühlschacht hat sich
für die erfindungsgemäße direkte Stärkeverzuckerung als sehr wertvoll erwiesen. Die Erfindung überwindet das Problem
der hohen Viskosität und Retrogradationsneigung der konzentrierten Stärkepaste, indem sie eine schnelle Abkühlung
der Stärkepaste herbeiführt und so nach Verdünnung mit partiell hydrolysiertem Substrat einen schnellen enzymatischen
Angriff auf die Stärkemoleküle bei optimaler Temperatur ermöglicht.
8 0 9 8 0 9/0 7 2 5
Die Erfindung ;Lst im nachstehenden anhand der Zeichnung
nä,herr beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem
Hydrolysierungsgrad der Stärke und der in dem Hydrolysat freigesetzten Dextrosemenge,
Fig. 2 schematisch die Zerlegung des Stärkemoleküls,,
Fig. 3a, b und c schematisch den Mechanismus von drei verschiedenen
Arten des Stärkeabbaus,
Fig. H eine graphische Darstellung des Unterschieds zwischen
der direkten Verzuckerung nach der Erfindung und dem üblichen Zweienzymverfahren,
Fig. 5 eine Anlage zur Durchführung der direkten Verzuckerung nach der Erfindung.
Zunächst sei Fig. 1 betrachtet. Diese zeigt in der senkrechten
Achse den prozentualen Anteil der Dextrose im Hydrolysat und in der waagerechten Achse den Grad der Hydrolysierung
in Dextroseäqüivalenten (DE-Werte). Kurve a gibt den theoretischen
Zusammenhang DE = % Dextrose, wenn das Stärkemolekül ausschließlich durch Amyloglucosidase zerlegt wurde.
Kurve b zeigt den Verlauf für das herkömmliche Verfahren der Verzuckerung mit Amyloglucosidase nach vorhergehender
Verflüssigung durch o-Amylase.
Aus Kurve c ist die Beziehung zwischen DE und % Dextrose ersichtlich, wie sie bei der Säurekonvertierung praktisch
ermittelt wird.
Die Kurve ■■ schließlich entspricht der angenommenen
Funktion, welche etwa mit der Kurve c übereinstimmt.
- 6 809809/072.5
Im Gegensatz zur Kartoffelstärke wird Getreidestärke bei
Temperaturen unter 100°C nicht genügend hydratisiert. Dies
ist bedingt durch die verschiedene Art der Wasserstoffbindung
in den Micellen , Amylalytische Enzyme sind im Stande, .dieeic
Verkettungen zwischen den Änhydroglucose-Einheiten der
Stärke in hydratisiert em Zustande zu hydrolysieren» können'. -:
aber nicht die Punkte der kristallinen Struktur angreifen, ^
welche den Wasserstoffbindungen zugeordnet sind. Üblicher-;
weise wird Getreidestärke deshalb durch Säure bei Tempera- türen über 100 C verflüssigt, bevor die Hauptverzuckerung,
eintritt* . .
Wie oben ausgeführt, ist die Verflüssigung von Stärke mit
Hilfe eines Säurekatalysators jedoch nicht so vorteilhaft wie mit o-Amylase» da der erreichbare Hydrolyse-Grad im
ersten Fall geringer ist. · -
Wie in Fig. 1 gezeigt, lässt sich das allmähliche Anwachsen
der Menge an Dextrose CGlucose) in dem Hydrolysat als Funktion
des DE aus folgender Gleichung berechnen
TfF 2
( t α > -'s- % Dextrose
( t α > -'s- % Dextrose
Bei der Säureverzuckerung von Stärke ist ο vernachlässigbar
klein, nicht jedoch bei der Enzymverzuckerung von Stärke, was auf den unterschiedelichen Reaktionsmechanismus zurückzuführen
ist. Bekanntlich greifen Säurekätalysatoren die
Stärke durch zufälliges Abspalten von Ätherbindungen an, während Amyloglucosidase eine selektive Hydrolyse der
- 7 8Q9809/072G
Ätherbindungen, die benachbart zu den nicht reduzierenden
Enden liegen, derart bewirkt, daß jeweils eine Glucose-Einheit freigesetzt wird.
Die bei der Hydrolyse von Stärkemolekülen, gleich ob mit
Säure oder a-Amylase^im Laufe der Reaktion zu beobachtende
Verlangsamung des Abbaus ist teilweise darauf zurückzuführen, daß sich die Affinität des Katalysators für die abgebauten
Moleküle verringertkund teilweise darauf, daß der Widerstand,
den die Bindungen in den Molekülen der Oligosaccharide der Hydrolyse entgegensetzen,mit der Abbaustufe wächst. So bleiben
verhältnismäßig große Mengen von Oligosacchariden selbst bei einer längeren Verzuckerung unangegriffen. Bei der Säureverztfuckerung
wird außerdem auch ein Teil der gebildeten Dextrose abgebaut.
Wenn man also eine völlig vollständige Hydrolyse der Stärkemoleküle
durch enzymatische Verzuckerung mit Amyloglucosidase erreichen will, muß man die Bildung von Oligosacchariden
, welche als Stümpfe von Stärkemolekülen nach der Hydrolyse zurückbleiben, möglichst vermeiden oder doch
verringern, indem man die Entstehung von reduzierenden Endgruppen außer denen verhütet, welche die Stärke schon
ursprünglich besitzt.
Wie in Fig. 2 dargestellt, verursacht die Verflüssigung
von Stärke die Entstehung von Dextrinmolekülen, wodurch
neue Reduktionaenden gebildet werden. Fig. 2 zeigt links
809809/072
das Eild des Ämylopectins', rechts das vörflüssigte Mölelcül. "
Der' grö&e Doppelkreis bedeutest dabei die redüzierönde Endgruppe des ursprünglich sehr umfangreichen polymeren Moleküls,
Der Kreis mit dem Kreuz bezeichnet jeweils die reduzierenden,
Endgruppen, die durch die Hydrolyse neu entstanden sind« .% .,
Mit einem kleinen einfachen Kreis sind alle nicht reduzierenden Enden veranschaulicht, die bereits im ursprünglichen,
Stärkemolekül vorhanden sind, während durch fette Punkte die nicht reduzierenden Enden bezeichnet sind, welche bei
der Hydrolyse gebildet*werden.
Fig. 3a zeigt schematisch in der'ersten Reihe eine Amylasekette,
in der, zweiten und dritten Reihe die Verflüssigung
mit Säure und in dem untersten Bildabschnitt die durch
Säure bewirkte VerzuckerungI - .
Dabei bezeichnen die fetten Punkte das durch die Verzuckerung
befreite Dextrosemolekül und die offenen Kreise eine Anhydro-, glucqse-Einheit.
Ein fetter Punkt mit zwei benachbarten offenen Kreisen zeigt die
Maltotriose, wobei der Punkt die Acetalendung andeutet» welche Reduktionswirkung hat.
Die gestrichelten Rechtecke, sollen die Oligosaccharide .
darstellen. ".....<..
In Fig. 3b zeigt Zeile 1 wieder die Amylasekette, die Zeilen.
2 und 3 die Verflüssigung mit o-Amyläse und der darunter
befindliche Bildrest die Verzuckerung mit Amyloglucosidase in schematischer Darstellung.
809S09/0725
Fig· 3c zeigt in diet* obersten Zeile ebenfalls die Amylose·
kette und darunter die direkte Verzuckerung mit Amyloglucoai,da»·,
Aus Fig. 3b ist ersichtlicht daß die Bildung von Abbau«·
produkten au&er Dextrose auch die reduzierende Kraft der
Mischung lu Beginn der Hydrolyse ansteigen läset, vortusgesetat» daß eine wachsende Zahl von Holekülstümpfen den
Angriffen durch die Amylogluooaidase widersteht»
Fig. 3c hingegen läset erkennen« daß die vollständige Verzuckerung der Starke, d.h. die hydrolytische Trennung oder
Aufspaltung jeweils einer Qlucoae-Einheit von den niöht
regierenden Enden de» sehr grollen Starkemoleküie ft#*
ntiSglioh ist. äieriu »ei die Kurve a von Fig. 1 betrachtet»
welche die Beiiehung »wieohen 4er prozentualen Menge «n
freigesetzter Dextrose und den DE-Werten zeigt, die bei der
Reaktion erreioht werden können* Man sieht» daß der DE-Wert
immer übereinstimmt *U der prozentualen Dextroaemenge in
dem Hydrolyiat» und ferner daß während der Reaktion außer
Dextrose keine depolymerisierten Moleküle mit reduzierenden
Endungen auftreten. Alle DE-Werte entsprechen also außschließlioh Ü9ia Reduktionswert der Dextrose, die aus der Stärke
freigesetzt worden ist«
Diö UftWrecMed* zwischen den Kurven a, b und c in Fig. 1
ergeben 3ich wahrscheinlich aus der geringeren Reduktionskraft vder Oiigomere gegenüber der Dextrose. Mit anderen
Worten werden diese Unterschiede durch die Gegenwart von
L 809809/0720
BAD ORIGINAL
t442283
Oligosaccharide verursacht» welche weniger leicht durch
den Katalysator angegriffen werden»
Die Verflüssigung der Stärke vor ihrer Verzuckerung mit v
Amyloglucoaidase bedingt also die Bildung steigender Mengen
von Oligosacchariden» welche nur langsam vollständig hydrolysiert
werdenι insbesondere in einem späteren Stadium der
Reaktion,
Fig, ü zeigt als Ordinate den proientualen Dextrosegehelt
bzw· den DE-Wert des Hydrolysat» un4 als AbMi*!!*- die
Hydrolysendauer in Stunden« .
Kurve A beiieht sich auf die Verzuckerung von Starkepaste
»it Aisyloglueosidaee nach vorheriger **Aäy|o|tf^§ jaj$,.-Kurve
8 auf die direkte Verzuckerung mit Amylöglucoeidate
ohn» vorherige Verflüssigung» . . .'-■-■. O '■.■'_. ;. . ■'.:. .--,?■ ^ ;.·
Wiedergegeben sind die Ergebnisse ν©»- Vnr*«et»iÄ 4*p Ver*-?---
suekerung von Batateetärke mit eine» AmylOj|ii«te»idÄii«-!»
Zubereitung aug Rh. delemar unter folgenden Bedingungen:
Reaktion»temperaturt SS0Cf Substrat: pH 5,5; Enzymverhätnia:
H Einheiten pro Qramm StÄrkei Verkleiettrungateaperaturi
mS°Cj Konzentration des Schlamms 30 %,
Das herkömmliche Verfahren» welches aus einer Vorbehandlung
mit a-Amylase und darauffolgender Behandlung mit.AiBylQ-,
glucosidase besteht» wurde in der üblichen Weise ausgeführt.
Dabei wurde die a-Amylase-Menge so gewählt, daß ein DE-Wert
von 12 erreicht wurde» bevor das Enzym durch Kochen inaktiviert wurde.
809809/0725
BAD OBlGlNAU
- 11 -
Die eigentliche Verzuckerung mit Amyloglucosidase wurde
in beiden Fällen unter denselben Bedingungen ausgeführt mit der Ausnahme, daß das Material bei de» direkten Verfahren
Vorher-auf 1^80C erhitzt wurde.
Beginnt man mit einem DE 12, so liegt der Hydrolysengrad,
der bei dem üblichen Verfahren erreichbar ist (Kurve A in
*;·■*■;· :>\.;.-..iWξ■■- .<ϊ :.-·'>'■* '■-:■'■■■'■■■■'■ ·■-·■. - · -
Fig. Ό, bis DE 80 über dem des direkten Verfahrens (Kurve B).
Diese Erscheinung kann durch die Tatsache erklärt werden, daß die Zahl der nicht reduzierenden Endungen, die bei der
a-Amylolyse gebildet werden, größer ist als die Zahl der
entsprechenden Endungen in der Ausgangsstärke. Wenn indessen
ein BE*-Wert"'Vön $Q überschritten wird, bleibt der Hydrolysengrad
bei tat ÄÖHventioneilen Verfahren (Kurve A) beträchtlich.
'gegenüber^äemMes direkten Verfahrens (Kurve B) zurück.
So schneiden sich nach 35 Stunden Reaktion v&xx. die beiden
Kurven^ÄV B 'bei etwa DE 93 und nach insgesamt ^8 Stunden
erreicht die Kurve A den Wert DE 94,66, während die Kurve B
bei DE1 tS'V6r*läuft. r
Wie oben bereits ausgeführt (vgl Fig. 3b und 3c), kann der Reaktionsverlauf bei der direkten Umwandlung von Stärke,
also ohne vorherige a-Amylolyse wenigstens im letzten St*diuÄ durchden Umstand erklärt werden, daß dann die
Zahl der Stumpf« von Oligosacchariden fast vernachlässigt
werden kamt. '
Im Gegensatz dazu strebt die Kurve A einen Grenzwert bei
. DE 97 zu. Dies kommt daher, daß erhebliche Mengen von
BAD ORIGINAL j ' 809809/0725 " 1%~Z*
Oligosaccharide!! als Stümpfe der abgebauten Polymeren in
der Flüssigkeit zurückbleiben.
Um den technischen Fortschritt und wirtschaftlichen Vorteil der Stärkeverzuckerung nach der Erfindung beurteilen zu
können, muß man berücksichtigen, daß das Verfahren auf verschiedene Arten von Stärke und Amyloglucosidase-Präparate
anwendbar ist.
Um dies zu zeigen, wurden drei verschiedene Handelspräparate der Amyloglucosidase benutzt) die aus Rhizopus niveus,
Rhizopus delemar und Endomyces fibriger gewonnen werden.
Es wurde gefunden (Fig. 1), daß alle diese Zubereitungen im wesentlichen die gleichen Ergebnxsse hinsichtlich des
erreichbaren Hydrolysierungsgrades nach 18 Stunden Reaktion
erbringen, wenn eine Batatestärkepaste von etwa 33 % Trockensubstanz (erhalten durch Erhitzung eines 30%igen Schlamms
auf 1200C oder höher und schnelle Entziehung des Wasserdampfes)
nach dem vorliegenden Verfahren verzuckert wird. Die Papxerchromatographxe beweist, daß keine Transglukosidation
durch eine Umkehrwirkung des Enzyms eintritt.
Dann wurden ferner drei verschiedene Arten von Stärke, wie sie vom Handel angeboten werden, gemäß der vorliegenden
Erfindung ohne vorherige Reinigung und ohne Gebrauch sonstiger Zusätze verzuckert. Die Ergebnisse derartiger Versuche
zeigen, daß sowohl Getreidestärke als auch Batatestärke vollständig verzuckert werden kann, und zwar in weit kürzerer
Zeit als nach dem üblichen Verfahren mit Vorverflüssigung
(vgl. die Tabellen von Beispiel 5).
809809/072
- 13 -
Es wird allgemein bestätigt, daß sich das herkömmliche Verfahren wenig zur Verzuckerung von Getreidestärke eignet,
wahrscheinlich wegen der dichten Miscellar-Struktur der
Getreidestärke, welche der Hydrierung widersteht. Daher wird die Ausbeute an Hydrolysat notwendigerweise verringert
wegen der Unlöslichkeit des Kohlehydratrückstandes in der Reaktionsmischung. Diese Nachteile bei der Verwendung von
Getreidestärke als Ausgangsmaterial werden nach der vorliegenden Erfindung vermieden.
Schließlich wurde auch der Einfluß eines partiellen Abbaus von Stärkemolekülen vor der Hauptverzuckerungsstufe auf
den Umwandlungsgrad untersucht. Hierzu wurde gemäß der Erfindung verfahren, mit der Ausnahme, daß 0,1 % a-Amylase
zu dem Stärkeschlamm zugegeben wurde, bevor dieser durch Erhitzen verkleistert wurde. Dabei wird der Schlamm fast
sofort in eine viskose Paste umgewandelt, und die Temperatur der Paste übersteigt schnell die günstigste Temperatur für
die a-Amylase. In der kurzen Zeit, während der das Enzym wirken kann, findet eine geringe Hydrolyse durch a-Amylase
statt unter Abbau der Stärkemoleküle, und dementsprechend wird die Viskosität der Paste geringer. Im nächsten Augenblick
schon wird das Enzym durch die sehr hohe Temperatur inaktiviert.
Wie in den Tabellen A-I und B-I von Beispiel 5 gezeigt,
steigt der DE-Wert unter diesen Bedingungen nur auf 2,8 bei einem 30%igen Schlamm und 1,7 bei einem 42%χ§εη Schlamm
• ■.λ firi " ?.': "-*"■-■ · - ' ■ \
..Il
BAD 809809/072G
- IM· -
(Batatestärke). Nach 70 Stunden Verzuckerung mit Amylö- :
glucosidase ist der DE-Wert auf über 99 gestiegen, während
das herkömmliche Verfahren nur auf DE 97 kommt. Dies liegt
wahrscheinlich daran, daß der Abbau der Stärkemoleküle vor der Amyloglucosidase-Umwandlung erfindungsgemäß vernachlässigt werden jcann* obwohl eine merkliche Viskositätserniedrigung zu beobachten ist. Diese Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist deshalb von einigem technischen Interesse.
Eine bevorzugte Anlage zur Durchführung des Verfahrens
nach der Erfindung ist schematisch in Fig. 5 dargestellt.
Ein Stärkeschlamm, der eine Konzentration von 30 bis 40 %
hat und falls nötig auf einen pH-Wert von etwa 5 bis 6 eingestellt worden ist, wird aus einem Tank 1 durch eine ■;
Meßpumpe P. abgezogen und in einen rotierenden Kocher 2 ■-'·"-eingespeist.
Der Schlamm passiert diesen Kocher 2 kontinuierlich in 2 — 3 Minuten, wobei er auf eine Temperatur ·
über 120°C, vorzugsweise auf 1^0 - ISO0C, erhitzt wird. '-'·'?
Die dabei erhaltene Stärkepaste fließt Über ein Drosselventil 3 in einen besonders konstruierten, doppelwand!gen
Entspannungsverdampfer 4, wobei das Drosselventil 3 den
Flüssigkeitsdruck in dem Kocher 2 automatisch konstant hält. In dem Entspannungsverdampfer 4 wird die Paste ,,
auf 1000C abgekühlt. Der abgetrennte Dampf steigt im
- 15 BAD ORIGINAL
80 980 9/07 2
Inneren des Eatspannungsverdampfers 4 nach oben und gelangt
von dort in den Ringraum zwischen den beiden Wandungen des Verdampfermantels. Dadurch wird nicht nur eine weitere
Abkühlung des Paste im Verdampfer 1J, sondern auch das Mitreißen
von Teilchen der Paste verhindert, Der Boden des Entspannungsverdampfers h ist als perforierte Platte ausgebildet.
Die Stärkepaste tritt - meist schon auf Grund ihres Eigengewichtes - durch die Löcher dieser Platte,
passiert denn einen Kühlschacht 5 und gelangt anschließend in einen Mischer 6, in welchem sie kräftig mit einer Stärke
durchmischt wird, die - wie oben beschrieben - bereits, teilweise abgebaut wurde und somit eine niedrigere Viskosität
besitzt.
Im Gegensatz zu einer bei niedriger Temperatur hergestellten Paste ist das so gewonnene Produkt nicht nur genügend
hydratisiert, sondern ist auch hinsichtlich der Molekularanprclnungj,
vergliclien^mit nativer Stärke, die je nach
Stärkeart verschiedene kristallinische Sektionen aufweist, stark verändert. Sie ist deshalb auch sehr widerstandsfähig
gegen eine Retrogradation, die selbst bei 500C über lange Zeit nicht eintritt, und es besteht keine Gefahr,
daß die Viskosität der Paste plötzlich ansteigt. Aus diesem Grunde kann die Vermischung der Paste mit der bereits verflüssigten
Stärke, die in fortgeschrittenem Reaktionsstadium im Kreislauf zurückgeführt wurde, überraschend
leicht und zuverlässig ausgeführt werden.
- 16 -
809809/0725
Der Inhalt des Mischers 6 wird durch einen Wassermantel mit Hilfe eines Thermostats auf einer Temperatur von 50 -.
55 C gehalten und mit Enzym aus einem Vorratsbehälter 7 versetzt. Die Dosierung erfolgt mit einer kleinen Meßpumpe
Pg.
An den Mischer 6 schließt sich ein kontinuierlich durchflossener
Konverter 8 an, in welchem die Stärke verflüssigt wird. Diesem Konverter 8 wird die zur Verdünnung der
frischen Paste benötigte Menge entnommen. Die Verweilzeit im Konverter 8 richtet sich nach dem Rücklaufverhältnis
und der eingesetzten Enzymmenge sowie der Kapazität des Mischers 6, wie weiter unten erläutert wird. Wenn: die
' frische Paste mit der gleichen Menge verflüssigter Stärke
aus dem Konverter 8 verdünnt und mit etwa U Einheiten
Enzym pro Gramm abzubauender Stärke, der Standardkonzen-
• tration für die üblichen Handelsprodukte, versetzt wird, werden für den Durchgang nicht mehr als 30 Minuten be~
nötigt. In der Verbindungsleitung zwischen dem Mischer 6 und dem Konverter 8 ist eine Meßpumpe P« vorgesehen.
Der Ablauf aus dem Konverter 8 fließt durch einen Behälter
9 und wird dann in zwei ungefähr gleiche Ströme unterteilt, von denen einer durch die Meßpumpe P« zu dem
Mischer 6 geleitet wird. Der andere Teilstrom wird über eine Meßpumpe P1^ zu absatzweise arbeitenden Konvertern
weitergeführt, von denen einer bei 10 dargestellt ist.
- 17 -
09609/0725-
In der Substrät-Enzym-Mischung findet wegen der kräftigen
Enzym-Wirkung ein extrem schneller Abbau des Substrats statt, besonders im Anfang der Reaktion. Dabei nimmt die
Viskosität der Stärke schneller ab als der DE-Wert zu, und zwar ebenfalls insbesondere in den ersten Stufen des
Stärkeabbaus. Falls das Fassungsvermögen des Mischers 6 genügend groß ist, kann deshalb während der Verweilzeit
des Substrats in dem Mischer 6 bereits ein genügender Abfall der Viskosität der Paste aufgrund des Abbaus der
Stärke eintreten. Konverter 8 kann somit entbehrlich sein, wenn der Mischer 6 so bemessen ist, daß er die Durchsatzmenge
deieses Konverters 8 aufzunehmen vermag und gleichwohl das Vermischen sowie eine gleichwertige Bewegung der
Flüssigkeit sicherstellt.
Die Leitungen von und zu dem Mantel des Mischers 6 bzw. der Konverter 8 und 10 sowie von und zum Behälter 12 und der
Meßpumpe Pß sind in Fig. 5 durch gestrichelte Linien angedeutet,
während die strichpunktierten Linien am Kocher 2 die Zu- und Ableitungen für den Heizdampf darstellen.
Das Enzym im Behälter 7 kann auch unter Rühren mit Rücklauf aus der Leitung 11 vermischt werden, die vom Konverter 8
zum Mischer 6 führt. Dies lässt sich besonders gründlich und in kürzester Zeit durchführen.
- 18 -
809809/0725
Es folgen einige Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße
Verfahren unter Benutzung der Anlage von Fig. 5.
Ein 30 %iger (auf Trockensubstanz bezogen) Schlamm von
Getreidestärke (pH 5 bis 6) wird durch die Meßpumpe P1
in den Kocher 2 gefördert und dort bei 1Η5°ϋ unter einem
Druck von 7 atü verkleistert. Die Paste wird in dem Mischer mit Rücklauf aus dem kontinuierlich arbeitenden Konverter
vermischt, wobei die Temperatur der Mischung auf 50 bis 60 C gehalten wird, der optimalen Temperatur für die Wirksamkeit
der Amyloglucosxdase. Gleichzeitig wird unter dauerndem Rühren ein handelsübliches Rhizopusjheveus-Präparat in den
Mischer 6 gegeben, und zwar im Verhältnis von U 000 Einheiten pro kg Trockenstärke. Die aus dem Mischer 6 austretende
Masse wird in den kontinuierlich arbeitenden Konverter 8 gefördert. Das Produkt aus diesem Konverter 8
hat eine Viskosität von 50 bis 60 B.B. Soweit es nicht in
den Mischer 6 zurückgeleitet wird, giangt es in die diskontinuierlichen
Konverter 10, wo es bei 50 - 55°C unter mäßigem Rühren fertig verzuckert wird.
Nach »f8 Stunden ist ein D.E.-Wert von 99,86 erreicht*
Getreidestärke wird in derselben Weise wie in Beispiel 1 verzuckert, jedoch mit der Änderung, daß 2 000 Einheiten
des Enzyms pro kg Stärke verwendet werden.
- 19 809809/0725
Der nach verschiedenen Zeiten erreichte Hydrolysegrad ist in der folgenden Tabelle angegeben.
Reaktionszeit (in Stunden) Hydrolysegrad
24 94,48
48 97,26
72 99,80
Das Verfahren wurde mit anderen Enzymen unter folgenden
Bedingungen wiederholt:
30%iger Schlamm von Batatestärke, Verklexsterungstemperatur
148 C; Enzymverhältnis 4 Einheiten pro Gramm Stärke;
pH-Wert 5,5; Verzuckerungstemperatur 55°C. Als Enzym wurde jeweils die Amyloglucosidase-Zubereitung des Handels
benutzt, die in nachstehender Tabelle benannt ist. Dort
sind auch die nach verschiedenen Reaktionszeiten durch das erfindungsgemäße direkte Verfahren der Enzymverzuckerung
erreichbaren maximalen DE-Werte angegeben.
Art des Enzyme | Rhisopus delemar |
Ihizopus niveus |
Endomyces fibriger |
Reaktionszeit (h) | DE | DE | DE |
46 52 70 |
99,15 99,53 100,00 |
99,99 99,47 100,00 |
99,56 99,50 99,70 |
- 20 -
809809/0725
Dieses Beispiel gibt einen Vergleich zwischen der erfindungsgemäßen
direkten und der herkömmlichen zweistufigen Enzymverzuckerung, wenn sie unter gleichen Bedingungen mit
Endomyces fibriger ausgeführt werden.
Art der Stärke Batate Kartoffelstärke
DE
Reaktionszeit (h) | DE |
Verflüssigung (a-Amylolyse) |
14,11 |
24 | 89, 72 |
48 | 94,66' |
92 | 95,76 |
87,05 99,00 99,60
Die Verfahrensbedingungen waren:
30%iger Stärkeschlamm; übliches Verfahren für die Batate-Stärke,
vorverflüssigt durch a-Amylolyse; direkte Methode für die Kartoffelstärke: Hauptverzuckerung wie in Beispiel
Es wurde die Enzymverzuckerung von verschiedenen Stärkearten unter verschiedenen Bedingungen durchgeführt.
a) Mit einer Rhizopus niveus - Zubereitung Getreidestärke direkt und Batatestärke nach geringer Vorverflüssigung
verzuckert, und zwar unter folgenden Bedingungen: Jeder Schlamm mit 30 % Stärkegehalt J Verkleisterungstemperatur
152°Cj Enzymverhältnis : 4 Einheiten pro Gramm Stärke. Die Versuche brachten die in nachstehender
Tabelle zusammengefassten Ergebnisse.
809809/072Ü
- 21 -
Zeit (h) 46 52 70
Batatestärke τ
DE 2,80 99,00 99,47 99,49
Zeit Ch) 5 24 48
Getreidestärke
DE 50,92 96,79 99,86
b) Mit einer Rhizopus delemar - Zubereitung wurde Kartoffelstärke direkt und Batatestärke nach geringer Vorverflüssigung
unter folgenden Bedingungen verzuckert: 42%iger Schlamm von Batatestärke mit 0,1 % a-Amylase-Zubereitung
bis DE 1,7 verflüssigt; Verkleisterung bei 152°C; 30%iger Schlamm von Kartoffelstärke mit direkter
Verzuckerung der Paste; Enzym-Verhältnis : 4 Einheiten pro Gramm Stärke j Hauptverzuckerung bei 55 C, pH 5,5.
^2 % Zeit Ch) 19 24 43 48
Batate- % Dextrose (DE 1,7$ 75,50 87,00 95,50 96,80 99,1
Stärke α Aa-no,
Z kr 24,50 13,00 4,50 3,200,90
% Zeit Ch) 6 24 48 72
Kartoffel- % Dextrose 69,00 94,10 98,90 99,80 stärke % andere 31,00 5,90 1,10 0,20
Zucker
)Anmerkung: verflüssigt mit a-Amylase
809809/072G
Claims (8)
1. Verfahren zur Stärkespaltung durch Verkleisterung von Stärkemilch in der Wärme und Hydrolysierung der so erhaltenen
Stärkepaste mit Amyloglucosidase bei enzymspezifischer Optimaltemperatur, dadurch gekennzeichnet,
daß man eine Stärkemilch mit einem Feststoffgehalt von mehr als 20 % auf eine Temperatur über 120° erhitzt,
die heiße Paste rasch abkühlt, die benötigte Enzymmenge sowie einen Teil eines bereits in seiner Viskosität
verminderten Substrats einmischt und die Spaltung bis zur Erzielung des gewünschten Abbaugrades ablaufen lässt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man die Stärkepaste zur Abkühlung auf 1000C einer Entspannungsverdampfung
unterwirft.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2» dadurch gekennzeichnet,
daß man die Paste zur weiteren Abkühlung durch Luft fließen lässt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Stärkemilch vor der Erwärmung mit a-Amylase, <Sci
ί Sa.»tarn S<\i%.
versetzt.
809809/0725
Neue unterlagen
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1-4, gekennzeichnet durch einen Tank (1)
zur Bereitung von Stärkemilch, einen Kocher (2), mit dem die Stärkemilch kontinuierlich auf eine Temperatur über
120 C erwärmbar ist, eine Dampfzuleitung zu diesem Kocher (2) und eine Verbindungsleitung zwischen dem
Tank (1) und dem Kocher (2), einen Entspannungsverdampfer
(4), der über eine Leitung mit einem auf konstanten hydraulischen Druck einstellbaren Drosselventil (3) mit
dem Kopf des Kochers (2) verbunden ist und am Boden eine Pastenaustrittsöffnung aufweist, einen von der Austrittsöffnung des Entspannungs Verdampfers (4·) nach unten führenden
Kühlschacht (5), einen thermostatierbaren Mischer (6),
der. am Fuße des Schachtes (5) angeordnet ist, einen Vorratsbehälter (7) für Enzymlösung, der über eine Leitung mit
dem Mischer (6) verbunden ist, gegebenenfalls einen an den Mischer (6) angeschlossenen indirekt beheizbaren
rohrförmigen kontinuierlich benutzbaren Konverter (8 )
und einen oder mehrere indirekt beheizbare tankförmige diskontinuierlich benutzbare Konverter (10), sowie einer
Rücklaufleitung (11) zum Mischer (6).
6, Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kocher (2) als drehbares Rohr mit Dampfmantel ausgebildet
ist und Dampfzu- und -ableitungen zu bzw. von dem
Mantel und dem Rohr aufweist.
809809/0725
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
der Entspannungsverdampfer (M-) einen in das Innere führenden Einlaß für heiße Paste sowie einen ringförmigen
Hohlmantel aufweist, durch den der Abdampf ableitbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
der Boden des EntspannungsVerdampfers (4) als perforierte
Platte ausgebildet ist, ' -
INSPECTED
809809/0725
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3032965 | 1965-05-22 | ||
JP4497665 | 1965-07-24 | ||
JP4653365 | 1965-07-30 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1442283A1 true DE1442283A1 (de) | 1968-11-21 |
Family
ID=27286930
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19651442283 Pending DE1442283A1 (de) | 1965-05-22 | 1965-11-03 | Verfahren und Vorrichtung zur Staerkespaltung |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
CH (1) | CH487249A (de) |
DE (1) | DE1442283A1 (de) |
GB (1) | GB1121100A (de) |
NL (1) | NL6515054A (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012110282A1 (de) * | 2012-10-26 | 2014-04-30 | Bvg Bauer Verfahrenstechnik Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur Vermeidung von Abwasser bei kontinuierlichen enzymatischen Stärke-Abbauanlagen |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CH641645A5 (fr) * | 1979-12-19 | 1984-03-15 | Nestle Sa | Procede de fabrication d'un produit alimentaire amylace pulverulent facilement miscible a l'eau. |
AT384438B (de) * | 1983-01-13 | 1987-11-10 | Voest Alpine Ag | Verfahren zum enzymatischen verzuckern von staerkehaltigen rohstoffen |
-
1965
- 1965-05-29 GB GB4596265A patent/GB1121100A/en not_active Expired
- 1965-11-03 DE DE19651442283 patent/DE1442283A1/de active Pending
- 1965-11-19 NL NL6515054A patent/NL6515054A/xx unknown
-
1966
- 1966-03-24 CH CH425066A patent/CH487249A/de not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012110282A1 (de) * | 2012-10-26 | 2014-04-30 | Bvg Bauer Verfahrenstechnik Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur Vermeidung von Abwasser bei kontinuierlichen enzymatischen Stärke-Abbauanlagen |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NL6515054A (de) | 1966-11-23 |
CH487249A (de) | 1970-03-15 |
GB1121100A (en) | 1968-07-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3207676C2 (de) | Verfahren zur Verzuckerung von Rhizomen und anschließende Fermentierung zu Alkohol | |
DE3216004C2 (de) | ||
DE3036872A1 (de) | Verfahren zur aethanolherstellung durch kontinuierliches fermentieren von polysaccharidhaltigen rohstoffen | |
DE2417639A1 (de) | Verfahren zur umwandlung von koerniger staerke in ein loesliches hydrolysat | |
DE1234174B (de) | Verfahren zur enzymatischen Verzuckerung von Staerke | |
DE69105301T2 (de) | Verwendung eines Pyrodextrinhydrolysates zur Herstellung einer Nahrungsmittelzusammensetzung zur Verbesserung der Serumlipidzusammensetzung. | |
DE3039874A1 (de) | Kontinuierlicher reaktor | |
DE2017043A1 (de) | Verfahren zur Gewinnung von hochreinen maltosereichen Zuckerlösunfen bzw. -siruoen | |
DE1958014B2 (de) | Verfahren zur Herstellung von1*11""" kristallinen Maltosepulver | |
EP0131563B1 (de) | Verfahren zum Aufschluss von Stärke zur Herstellung von verzuckerter Maische | |
DE2003350A1 (de) | Stabile,hitzebestaendige Staerkesirupe und Verfahren zu deren Herstellung | |
DE1442283A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Staerkespaltung | |
DE3023874A1 (de) | Verfahren zum gewinnen einer konzentrierten schlempe bei der herstellung von alkohol aus staerke oder staerkehaltigen rohstoffen | |
EP0215306A2 (de) | Bierherstellungsverfahren | |
DE1442283B (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Stärkespaltung | |
DE1517833A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung von Staerke und anderen Polysacchariden in dextrose- und maltosehaltige Erzeugnisse | |
DE1955392B2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Stärkehydrolysate mit einem Dextroseäquivalentwert von nicht wesentlich über 18 | |
DE1903074C3 (de) | Verfahren zur Herstellung von Maltit | |
CH641205A5 (en) | Process for the production of maltose crystals | |
DE69618025T2 (de) | Glucosesirup mit speziellen eigenschaften und verfahren zu seiner herstellung | |
CH513980A (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Stärkespaltung | |
DE69621254T2 (de) | Verfahren zur Herstellung von nahrungsphysiologisch wertvollen Produkten und Apparatur zu dessen Durchführung | |
DE1113430B (de) | Verfahren zur Herstellung von Staerkeabbauprodukten | |
DE2933661C2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum hydrolytischen Aufschluß von Stärke | |
DE1916741A1 (de) | Verfahren zur Gewinnung von Maltosen aus Staerke |