DE1442283B - Verfahren und Vorrichtung zur Stärkespaltung - Google Patents

Description

3 4

Problem der hohen Viskosität und Retrogradations- Bekanntlich greifen Säurekatalysatoren die Stärke

neigung der konzentrierten Stärkepaste, indem sie eine durch zufälliges Abspalten von Ätherbindungen an,

schnelle Abkühlung der Stärkepaste herbeiführt und während Amyloglucosidase eine selektive Hydrolyse

so nach Verdünnung mit partiell hydrolysiertem der Ätherbindungen, die benachbart zu den nicht

Substrat einen schnellen enzymatischen Angriff auf 5 reduzierenden Enden liegen, derart bewirkt, daß

die Stärkemoleküle bei optimaler Temperatur er- jeweils eine Glucose-Einheit freigesetzt wird,

möglicht. Die bei der Hydrolyse von Stärkemolekülen, gleich

Die Erfindung ist im nachstehenden an Hand der ob mit Säure oder «-Amylase, im Laufe der Reaktion

Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt zu beobachtende Verlangsamung des Abbaus ist teil-

F i g. 1 eine graphische Darstellung der Beziehung io weise darauf zurückzuführen, daß sich die Affinität

zwischen dem Hydrolysierungsgrad der Stärke und des Katalysators für die abgebauten Moleküle ver-

der in dem Hydrolysat freigesetzten Dextrosemenge, ringert, und teilweise darauf, daß der Widerstand, den

Fig. 2 schematisch die Zerlegung des Stärke- die Bindungen in den Molekülen der Ölig Dsaccharide

moleküls, der Hydrolyse entgegensetzen, mit der Abbaustufe

F i g. 3a, 3b und 3c schematisch den Mechanismus 15 wächst. So bleiben verhältnismäßig große Mengen von

von drei verschiedenen Arten des Stärkeabbaus; Oligosacchariden selbst bei einer längeren Verzuckerung

F i g. 4 eine graphische Darstellung des Unterschieds unangegriffen. Bei der Säureverzuckerung wird außer-

zwischen der direkten Verzuckerung nach der Erfin- dem auch ein Teil der gebildeten Dextrose abgebaut,

dung und dem üblichen Zweienzymverfahren, Wenn man also eine völlig vollständige Hydrolyse

F i g. 5 eine Anlage zur Durchführung der direkten ao der Stärkemoleküle durch enzymatische Verzuckerung

Verzuckerung nach der Erfindung. mit Amyloglucosidase erreichen will, mu3 man die

Zunächst sei F i g. 1 betrachtet. Diese zeigt in der Bildung von Oligosacchariden, welche als Stümpfe von

senkrechten Achse den prozentualen Anteil der Stärkemolekülen nach der Hydrolyse zurückbleiben,

Dextrose im Hydrolysat und in der waagerechten möglichst vermeiden oder doch verringern, indem man

Achse den Grad der Hydrolysierung in Dextrose- 25 die Entstehung von reduzierenden Endgruppen außer

. äquivalenten (DE-Werten). Kurve α gibt den theore- denen verhütet, welche die Stärke schon ursprünglich

tischen Zusammenhang DE = °/₀ Dextrose, wenn das besitzt.

Stärkemolekül ausschließlich durch Amyloglucosidase Wie in F i g. 2 dargestellt, verursacht die Verfiüssi-

zerlegt wurde. gung von Stärke die Entstehung von Dsxtrinmolekülen,

Kurve b zeigt den Verlauf für das herkömmliche 30 wodurch neue Reduktionsenden gebildet werden.

: Verfahren der Verzuckerung mit Amyloglucosidase F i g. 2 zeigt links das Bild des Amylopectins, reohts

; nach vorhergehender Verflüssigung durch «-Amylase. das verflüssigte Molekül. Der große Doppelkreis bedeu-

Aus Kurve c ist die Beziehung zwischen DE und tet dabei die reduzierende Endgruppe des ursprünglich

⁰Z₀. Dextrose ersichtlich, wie sie bei der Säurekonver- sehr umfangreichen polymeren Moleküls. Der Kreis

: tierung praktisch ermittelt wird. 35 mit dem Kreuz bezeichnet jeweils die reduzierenden

τ-»· v DE² 1.T- 01· u * · u j Endgruppen, die durch die Hydrolyse neu entstanden

Die Kurve -^- schließlich entspricht der angenom- . .»,..· ,, · -ei. -ύ- · · j n · t.*

100 ^{F 6} sind. Mit einem kleinen einfachen Kreis sind alle nicht

; menen Funktion, welche etwa mit der Kurve c über- reduzierenden Enden veranschaulicht, die bereits im

einstimmt. ursprünglichen Stärkemolekül vorhanden sind, wäh-

Im Gegensatz zur Kartoffelstärke wird Getreide- 4° rend durch fette Punkte die nicht reduzierenden Enden

stärke bei Temperaturen unter 100° C nicht genügend bezeichnet sind, welche bei der Hydrolyse gebildet

hydratisiert. Dies ist bedingt durch die verschiedene werden.

Art der Wasserstoff bindung in den Micellen. Amyloly- Fig. 3 a zeigt schematisch in der ersten Reihe eine

tische Enzyme sind imstande, die Verkettungen zwi- Amylasekette, in der zweiten und dritten Reihe die

sehen den Anhydroglucose-Einheiten der Stärke in 45 Verflüssigung mit Säure und in dem untersten BiId-

hydratisiertem Zustande zu hydrolysieren, können abschnitt die durch Säure bewirkte Verzuckerung,

aber nicht die Punkte der kristallinen Struktur an- Dabei bezeichnen die fetten Punkte das durch die

greifen, welche den Wasserstoff bindungen zugeordnet Verzuckerung befreite Dextrosemolekül und die offenen

sind. Üblicherweise wird Getreidestärke deshalb durch Kreise eine Anhydroglucose-Einheit.

Säure bei Temperaturen über 100° C verflüssigt, bevor 5° Ein fetter Punkt mit zwei benachbarten offenen

die Hauptverzuckerung eintritt. Kreisen zeigt die Maltotriose, wobei der Punkt die

Wie oben ausgeführt, ist die Verflüssigung von Acetalendung andeutet, welche Reduktionswirkung

Stärke mit Hilfe eines Säurekatalysators jedoch nicht hat.

so vorteilhaft wie mit «-Amylase, da der erreichbare Die gestrichelten Rechtecke sollen die Oligosaccha-

Hydrolysegrad im ersten Fall geringer ist. 55 ride darstellen.

Wie in F i g. 1 gezeigt, läßt sich das allmähliche In Fig. 3 b zeigt Zeile 1 wieder die Amylasekette,

Anwachsen der Menge an Dextrose (Glucose) in dem die Zeilen 2 und 3 die Verflüssigung mit «-Amylase

Hydrolysat als Funktion des DE aus folgender und der darunter befindliche Bildrest die Verzuckerung

Gleichung berechnen: mit Amyloglucosidase in schematischer Darstellung.

60 F i g. 3c zeigt in der obersten Zeile ebenfalls die

DE² \ Amylosekette und darunter die direkte Verzuckerung

——|- α J = °/₀ Dextrose . _mit Amyloglucosidase.

' Aus Fig. 3b ist ersichtlich, daß die Bildung von

Abbauprodukten außer Dextrose auch die redu-

Bei der Säureverzuckerung von Stärke ist « ver- 65 zierende Kraft der Mischung zu Beginn der Hydrolyse

nachlässigbar klein, nicht jedoch bei der Enzym- ansteigen läßt, vorausgesetzt, daß eine wachsende Zahl

verzuckerung von Stärke, was auf den unterschied- von Molekülstümpfen den Angriffen durch die Amylo-

lichen Reaktionsmechanismus zurückzuführen ist. glucosidase widersteht.

Fig. 3c hingegen läßt erkennen, daß die voll- etwa DE 93, und nach insgesamt 48 Stunden erreicht

ständige Verzuckerung der Stärke, d. h. die hydroly- die Kurve A den Wert DE 94, 66, während die

tische Trennung oder Aufspaltung jeweils einer Kurve B bei DE 99 verläuft.

Glucose-Einheit von den nicht reduzierenden Enden Wie oben bereits ausgeführt (vgl. Fig. 3b und 3c), des sehr großen Stärkemoleküls her möglich ist. 5 kann der Reaktionsverlauf bei der direkten Umwand-Hierzu sei die Kurve α von F i g. 1 betrachtet, welche lung von Stärke, also ohne vorherige oc-Amylolyse, die Beziehung zwischen der prozentualen Menge an wenigstens im letzten Stadium durch den Umstand freigesetzter Dextrose und den DE-Werten zeigt, erklärt werden, daß dann die Zahl der Stümpfe von die bei der Reaktion erreicht werden können. Man Oligosacchariden fast vernachlässigt werden kann, sieht, daß der DE-Wert immer übereinstimmt mit der io Im Gegensatz dazu strebt die Kurvet einem Grenzprozentualen Dextrosemenge in dem Hydrolysat und wert bei DE 97 zu. Dies kommt daher, daß erhebliche ferner, daß während der Reaktion außer Dextrose Mengen von Oligosacchariden als Stümpfe der keine depolymerisierten Moleküle mit reduzierenden abgebauten Polymeren in der Flüssigkeit zurück-Endungen auftreten. Alle DE-Werte entsprechen also bleiben.

ausschließlich dem Reduktionswert der Dextrose, die 15 Um den technischen Fortschritt und wirtschaft-

aus der Stärke freigesetzt worden ist. liehen Vorteil der Stärkeverzuckerung nach der

Die Unterschiede zwischen den Kurven a, b und c Erfindung beurteilen zu können, muß man berück-

in F i g. 1 ergeben sich wahrscheinlich aus der gerin- sichtigen, daß das Verfahren auf verschiedene Arten

geren Reduktionskraft der Oligomere gegenüber der von Stärke und Amyloglucosidase-Präparaten anwend-

Dextrose. Mit anderen Worten, werden diese Unter- 20 bar ist.

schiede durch die Gegenwart von Oligosacchariden Um dies zu zeigen, wurden drei verschiedene

verursacht, welche weniger leicht durch den Kataly- Handelspräparate der Amyloglucosidase benutzt, die

sator angegriffen werden. aus Rhizopus niveus, Rhizopus delemar und Endo-

Die Verflüssigung der Stärke vor ihrer Verzuckerung myces fibriger gewonnen werden. Es wurde gefunden mit Amyloglucosidase bedingt also die Bildung 25 (F i g. 1), daß alle diese Zubereitungen im wesentsteigender Mengen von Oligosacchariden, welche nur liehen die gleichen Ergebnisse hinsichtlich des erreichlangsam vollständig hydrolysiert werden, insbesondere baren Hydrolysierungsgrades nach 48 Stunden Reakin einem späteren Stadium der Reaktion. tion erbringen, wenn eine Batatestärkepaste von etwa

F i g. 4 zeigt als Ordinate den prozentualen Dex- 33 % Trockensubstanz (erhalten durch Erhitzung eines

trosegehalt bzw. den DE-Wert des Hydrolysats und 3° 30°/₀igen Schlamms auf 120° C oder höher und schnelle

als Abszisse die Hydrolysendauer in Stunden. Entziehung des Wasserdampfes) nach dem vorliegen-

Kurve A bezieht sich auf die Verzuckerung von den Verfahren verzuckert wird. Die Papierchromato-

Stärkepaste mit Amyloglucosidase nach vorheriger graphie beweist, daß keine Transglukosidation durch

a-Amylolyse und Kurve B auf die direkte Verzucke- eine Umkehrwirkung des Enzyms eintritt,

rung mit Amyloglucosidase ohne vorherige Verflüssi- 35 Dann wurden ferner drei verschiedene Arten von

gung. Stärke, wie sie vom Handel angeboten werden, gemäß

Wiedergegeben sind die Ergebnisse von Versuchen der vorliegenden Erfindung ohne vorherige Reinigung

der Verzuckerung von Batatestärke mit einer Amylo- und ohne Gebrauch sonstiger Zusätze verzuckert. Die

glucosidase-Zubereitung aus Rh. delemar unter fol- Ergebnisse derartiger Versuche zeigen, daß sowohl

genden Bedingungen: Reaktionstemperatur: 55°C; 40 Getreidestärke als auch Batatestärke vollständig

Substrat: pH 5,5; Enzymverhältnis: 4 Einheiten pro verzuckert werden kann, und zwar in weit kürzerer

Gramm Stärke; Verkleisterungstemperatur: 148°C; Zeit als nach dem üblichen Verfahren mit Vorver-

Konzentration des Schlamms 30%. flüssigung (vgl. die Tabellen von Beispiel 5).

Das herkömmliche Verfahren, welches aus einer Es wird allgemein bestätigt, daß sich das her-

Vorbehandlung mit «-Amylase und darauffolgender 45 kömmliche Verfahren wenig zur Verzuckerung von

Behandlung mit Amyloglucosidase besteht, wurde in Getreidestärke eignet, wahrscheinlich wegen der

der üblichen Weise ausgeführt. Dabei wurde die dichten Miscellar-Struktur der Getreidestärke, welche

a-Amylase-Menge so gewählt, daß ein DE-Wert von 12 der Hydrierung widersteht. Daher wird die Ausbeute

erreicht wurde, bevor das Enzym durch Kochen in- an Hydrolysat notwendigerweise verringert wegen der

aktiviert wurde. 5° Unlöslichkeit des Kohlehydratrückstandes in der

Die eigentliche Verzuckerung mit Amyloglucosidase Reaktionsmischung. Diese Nachteile bei der Verwurde in beiden Fällen unter denselben Bedingungen Wendung von Getreidestärke als Ausgangsmaterial ausgeführt mit der Ausnahme, daß das Material bei werden nach der vorliegenden Erfindung verdem direkten Verfahren vorher auf 148°C erhitzt mieden,
wurde. 55 Schließlich wurde auch der Einfluß eines partiellen

Beginnt man mit einem DE 12, so liegt der Hydroly- Abbaus von Stärkemolekülen vor der Hauptversengrad, der bei dem üblichen Verfahren erreichbar ist zuckerungsstufe auf den Umwandlungsgrad unter-(Kurve A in F i g. 4), bis DE 80 über dem des direk- sucht. Hierzu wurde gemäß der Erfindung verfahren, ten Verfahrens (Kurve B). Diese Erscheinung kann mit der Ausnahme, daß 0,1 °/₀ «-Amylase zu dem durch die Tatsache erklärt werden, daß die Zahl der 60 Stärkeschlamm zugegeben wurde, bevor dieser durch nicht reduzierenden Endungen, die bei der a-Amylolyse Erhitzen verkleistert wurde. Dabei wird der Schlamm gebildet werden, größer ist als die Zahl der ent- fast sofort in eine viskose Paste umgewandelt, und die sprechenden Endungen in der Ausgangsstärke. Wenn Temperatur der Paste übersteigt schnell die günstigste indessen ein DE-Wert von 80 überschritten wird, bleibt Temperatur für die «-Amylase. In der kurzen Zeit, der Hydrolysengrad bei dem konventionellen Verfall- 65 während der das Enzym wirken kann, findet eine rcn (Kurve//) beträchtlich gegenüber dem des direkten geringe Hydrolyse durch «-Amylase statt unter Verfahrens (Kurve B) zurück. So schneiden sich nach Abbau der Stärkemoleküle, und dementsprechend wird 35 Stunden Reaktion die beiden Kurven A, B bei die Viskosität der Paste geringer. Im nächsten Augen-

blick 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°/₀igen Schlamm (Batatestärke). Nach 70 Stunden Verzuckerung mit. Amyloglucosidase 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 kann, obwohl eine merkliche Viskositätserniedrigung zu beobachten ist. Diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist deshalb von einigem technischem Interesse.

Eine bevorzugte Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist schematisch in F i g. 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 P₁ abgezogen und in einen rotierenden Kocher 2 eingespeist. Der Schlamm passiert diesen Kocher 2 kontinuierlich in 2 bis 3 Minuten, wobei er auf eine Temperatur über 12O⁰C, vorzugsweise auf 140 bis 150⁰C, erhitzt wird.

Die dabei erhaltene Stärkepaste fließt über ein Drosselventil 3 in einen besonders konstruierten, doppelwandigen Entspannungsverdampfer 4, wobei das Drosselventil 3 den Flüssigkeitsdruck in dem Kocher 2 automatisch konstant hält. In dem Entspannungsverdampfer 4 wird die Paste auf 100° C abgekühlt. Der abgetrennte Dampf steigt im Inneren des Entspannungsverdampfers 4 nach oben und gelangt von dort in den Ringraum zwischen den beiden Wandungen des Verdampfermantels. Dadurch wird nicht nur eine weitere Abkühlung der Paste im Verdampfer 4, sondern auch das Mitreißen von Teilchen der Paste verhindert. Der Boden des Entspannungsverdampfers 4 ist als perforierte Platte ausgebildet. Die Stärkepaste tritt — meist schon auf Grund ihres Eigengewichtes — durch die Löcher dieser Platte, passiert dann 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 Molekularanordnung, verglichen 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 50° C 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.

Der Inhalt des Mischers 6 wird durch einen Wassermantel mit Hilfe eines Thermostats auf einer Temperatur von 50 bis 55°C gehalten und mit Enzym aus einem Vorratsbehälter 7 versetzt. Die Dosierung erfolgt mit einer kleinen Meßpumpe P₅.

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 4 Einheiten

ίο Enzym pro Gramm abzubauender Stärke, der Standardkonzentration für die üblichen Handelsprodukte, versetzt wird, werden für den Durchgang nicht mehr als 30 Minuten benötigt. In der Verbindungsleitung zwischen dem Mischer 6 und dem Konverter 8 ist eine Meßpumpe P₂ 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 P₃ zu dem Mischer 6 geleitet wird. Der andere Teilstrom wird über eine Meßpumpe P₄ zu absatzweise arbeitenden Konvertern weitergeführt, von denen einer bei 10 dargestellt ist.

In der Substrat-Enzym-Mischung findet wegen der kräftigen Enzymwirkung 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 auf Grund des Abbaus der Stärke eintreten. Konverter 8 kann somit entbehrlich sein, wenn der Mischer 6 so bemessen ist, daß er die Durchsatzmenge dieses 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 P₆ sind in F i g. 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.

Es folgen einige Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Verfahren unter Benutzung der Anlage von Fig. 5.

Beispiel 1

Ein 30⁰/oiger (auf Trockensubstanz bezogen) Schlamm von Getreidestärke (pH 5 bis 6) wird durch die Meßpumpe P₁ in den Kocher 2 gefördert und dort bei 145° C unter einem Druck von 7 atü verkleistert.

Die Paste wird in dem Mischer 6 mit Rücklauf aus dem kontinuierlich arbeitenden Konverter 8 vermischt, wobei die Temperatur der Mischung auf 50 bis 60°C gehalten wird, der optimalen Temperatur für die Wirksamkeit der Amyloglucosidase. Gleichzeitig wird unter dauerndem Rühren ein handelsübliches Rhizopus-neveus-Präparat in den Mischer 6 gegeben, und zwar im Verhältnis von 4000 Einheiten pro Kilogramm Trockenstärke. Die aus dem Mischer 6

109 587/16

Reaktionszeit (Stunden)	Hydrolysegrad
24 48 72	94,48 97,26 99,80

	ι	Rhizopus	\rt des Enzyms	Endomyces
Reaktionszeit	delemar	Rhizopus	fibriger
	DE	niveus	DE
(Stunden)	99,15	DE	99,56
46	99,53	99,99	99,50
52	100,00	99,47	99,70
70	100,00

austretende Masse wird in den kontinuierlich arbeitenden Konverter 8 gefördert. Das Produkt aus diesem Konverter 8 hat eine Viskosität von 50 bis 60 B.E. Soweit es nicht in den Mischer 6 zurückgeleitet wird, gelangt es in die diskontinuierlichen Konverter 10, wo es bei 50 bis 55⁰C unter mäßigem Rühren fertig verzuckert wird.
Nach 48 Stunden ist ein DE-Wert von 99,86 erreicht.

Beispiel 2

Getreidestärke wird in derselben Weise wie im Beispiel 1 verzuckert, jedoch mit der Änderung, daß 2000 Einheiten des Enzyms pro Kilogramm Stärke verwendet werden.

Der nach verschiedenen Zeiten erreichte Hydrolysegrad ist in der folgenden Tabelle angegeben.

Reaktionszeit (Stunden)

Verflüssigung
(a-Amylolyse)

24

48

92

Art der Stärke

Batate
DE

14,11

■ 89,72

94,66

95,76

Kartoffelstärke DE

87,05
99,00
99,60

25

Beispiel 3

Das Verfahren wurde mit anderen Enzymen unter folgenden Bedingungen wiederholt:

30%iger Schlamm von Batatestärke, Verkleisterungstemperatur 148°C; Enzymverhältnis 4 Einheiten pro Gramm Stärke; pH-Wert 5,5; Verzuckerungstemperatur 55 ⁰C. 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.

45

50

Beispiel 4

Dieses Beispiel gibt einen Vergleich zwischen der erfindungsgemäGen direkten und der herkömmlichen zweistufigen Enzymverzuckerung, wenn sie unter gleichen Bedingungen mit Endomyces fibriger ausgeführt werden.

Die Verfahrensbedingungen waren: 30°/₀iger Stärkeschlamm; übliches Verfahren für die Batate-Stärke, vorverflüssigt durch a-Amylolyse; direkte Methode für die Kartoffelstärke: Hauptverzuckerung wie im Beispiel 3.

Beispiel 5

Es wurde die Enzymverzuckerung von verschiedenen Stärkearten unter verschiedenen Bedingungen durchgeführt.

a) Mit einer Rhizopus-niveaus-Zubereitung Getreidestärke direkt und Batatestärke nach geringer Vorverflüssigung verzuckert, und zwar unter folgenden Bedingungen: Jeder Schlamm mit 3O°/o Stärkegehalt; Verkleisterungstemperatur 152°C; Enzymverhältnis: 4 Einheiten pro Gramm Stärke. Die Versuche brachten die in nachstehender Tabelle zusammengefaßten Ergebnisse:

1) Batatestärke

Zeit (Stunden) 46 52 70

DE 2,80* 99,00 99,47 99,49

2) Getreidestärke

Zeit (Stunden) 5 24 48

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°/₀iger Schlamm von Batatestärke mit 0,1 °/o «-Amylase-Zubereitung, bis DE 1,7 verflüssigt; Verkleisterung bei 152°C; 30%iger Schlamm von Kartoffelstärke mit direkter Verzuckerung der Paste; Enzymverhältnis: 4 Einheiten pro Gramm Stärke; Hauptverzuckerung bei 55°C: pH 5,5.

1) 42 % Batatestärke

Zeit (Stunden) 19 24 43 48 72

°/₀ Dextrose (DE

1,7)* .... 75,80 87,00 95,50 96,80 99,10 0/ imHprp

Zucker... 24,50 13,00 4,50 3,20 0,90

2) 30 °/₀ Kartoffelstärke

Zeit (Stunden) .. 6 24 48 72

% Dextrose 69,00 94,10 98,90 99,80

°/₀ andere Zucker 31,00 5,90 1,10 0,20

* Verflüssigt mit a-Amylase.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 2 Auch wird es als wirtschaftlicher angesehen, die Patentansprüche: enzymatische Verzuckerung von Stärke in der Lösungsphase durchzuführen.

1. Verfahren zur Stärkespaltung durch Ver- Die vorherige Verflüssigung mit Hilfe von a-Amylase kleisterung von Stärkemilch in der Wärme und 5 wird der mit Säure vorgezogen, da sie bei der nach-Hydrolysierung der so erhaltenen Stärkepaste mit folgenden Verzuckerung der Stärke mit Amylogluco-Amyloglucosidase bei enzymspezifischer Optimal- sidase zu einem höheren Hydrolysengrad führt als temperatur, dadurch gekennzeichnet, diese. Tatsächlich lehrt die Erfahrung, daß maximal daß man eine Stärkemilch mit einem Feststoff- ein DE-Wert von etwa 97 erreichbar ist, wenn das gehalt von mehr als 20% auf über 12O⁰C, Vorzugs- 10 Ausgangsmaterial mit a-Amylase verflüssigt wurde, weise auf 140 bis 15O⁰C, erhitzt, die heiße Paste bei einer Vorbehandlung mit Säure unter vergleichrasch abkühlt und dann das Enzym sowie einen Teil baren Bedingungen hingegen bestenfalls nur von einer bereits auf diese Weise in ihrer Viskosität ver- 95 oder 96.

minderten Stärkepaste zumischt. Warum das so ist, wird weiter unten erklärt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 15 Auch die Vorverflüssigung mit α-Amylase ist zeichnet, daß man die Stärkepaste zur Abkühlung jedoch nicht nur hinsichtlich des schließlich erzielbaren auf 100° C einer Entspannungsverdampfung unter- DE-Wertes unbefriedigend, wie ebenfalls später er-; wirft. \ läutert wird. Die Erfindung hat sich deshalb die Auf-^:

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gäbe gestellt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu gekennzeichnet, daß man die Paste zur weiteren 20 schaffen, die unter Überwindung der vorgenannten Abkühlung durch Luft fließen läßt. technologisdhen Schwierigkeiten die direkte Stärke-

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch verzuckerung ermöglicht und sehr hohe DE-Werte gekennzeichnet, daß man die Stärkemilch vor der von 99 und mehr zu erreichen gestattet.
Erwärmung mit «-Amylase oder Säure versetzt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch ge-

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens 25 kennzeichnet, daß man eine Stärkemilch mit einem nach den Ansprüchen 1 bis 4, mit einem Kocher Feststoffgehalt von mehr als 20% auf über 12O⁰C,: zur Erhitzung, der Stärkemilch und einem Mischer vorzugsweise auf 140 bis 150°C, erhitzt, die heiße für Paste und Enzymlösung, gekennzeichnet durch Paste rasch abkühlt und dann das Enzym sowie einen einen Entspannungsverdampfer (4), der über eine Teil einer bereits auf diese Weise in ihrer Viskosität Leitung mit einem auf konstanten hydraulichen 30 verminderten Stärkepaste zumischt.

Druck einstellbaren Drosselventil (3) an den Kopf Vorzugsweise unterwirft man die Stärkepaste zur

des Kochers (2) angeschlossen ist, am Boden eine Abkühlung auf 100⁰C einer Entspannungsverdamp-

Pastenaustrittsöffnung aufweist und über einen fung und läßt dann die Paste zur weiteren Abkühlung

von der Austrittsöffnung nach unten führenden durch Luft fließen.

Kühlschacht (5) mit dem Mischer (6) in Verbin- 35 Die Stärkemilch kann vor der Erwärmung auch mit

dung steht. a-Amylase oder Säure versetzt werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch Die erfmdungsgamäße Vorrichtung zur Durchgekennzeichnet, daß der Kocher (2) als drehbares führung dieses Verfahrens weist einen Kocher zur Rohr mit Dampfmantel ausgebildet ist und Dampf- Erhitzung der Stärkemilch und einen Mischer für Paste zu- und -ableitungen zu bzw. von dem Mantel 40 und Enzymlösung auf und ist gekennzeichnet durch und dem Rohr aufweist. einen Entspannungsverdampfer, der über eine Leitung

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch mit einem auf konstanten hydraulischen Druck eingekennzeichnet, daß der Boden des Entspannungs- stellbaren Drosselventil an den Kopf des Kochers Verdampfers (4) als perforierte Platte ausgebildet ist. angeschlossen ist, am Boden eine Pastenaustritts-

45 öffnung aufweist und über einen von der Austrittsöffnung nach unten führenden Kühlschacht mit einem

Mischer in Verbindung steht.

Vorzugsweise ist der Kocher als drehbares Rohr mit Dampfmantel ausgebildet und weist Dampfzu- und 50 -ableitungen zu bzw. von dem Mantel und dem

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stärke- Rohr auf.

spaltung durch Verkleisterung von Stärkemilch in der Nach einer besonders bewährten Konstruktion weist

Wärme und Hydrolysierung der so erhaltenen Stärke- der Entspannungsverdampfer einen in das Innere

paste mit Amyloglucosidase bei enzymspezifischer führenden Einlaß für heiße Paste sowie einen ring-

Optimaltemperatur sowie eine Vorrichtung zur Durch- 55 förmigen Hohlmantel auf, durch den der Abdampf

führung dieses Verfahrens. ableitbar ist.

Die direkte Hydrolyse von konzentrierter Stärke- Zweckmäßigerweise ist der Boden des Entspannungspaste ist schwierig, nicht nur wegen ihrer hohen Verdampfers als perforierte Platte ausgebildet.
Viskosität, sondern auch wegen ihrer großen Neigung Das erfindungsgemäße Verfahren ist leicht durchzuzur Retrogradation. 60 führen und gestattet es, die Hydrolyse bis zu einem Man geht deshalb üblicherweise so vor, daß man DE-Wert von über 99 zu bringen. Die erfindungsdie Stärke, vor der Verzuckerung mit Amylogluco- gemäße Vorrichtung zur Stärkespaltung nach diesem sidase, mit a-Amylase oder durch Säurekonversion Verfahren zeichnet sich durch Einfachheit und Zuverbis zu einem DE-Wert von 10 bis 20 verflüssigt. Die lässigkeit aus, und insbesondere der Entspannungsverminderte Viskosität erleichtert das Zumischen des 65 verdampfer mit seiner perforierten Bodenplatte und der Enzyms, und außerdem treten bei einem DE-Wert daran anschließende Kühlschacht hat sich für die dieser Größenordnung rückläufige Tendenzen selbst erfindungsgemäße direkte Stärkeverzuckerung als sehr bei hoher Konzentration nicht auf. wertvoll erwiesen. Die Erfindung überwindet das