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"Procédé de fabrication du dextrose à partir de matières amylacées brutes
La préserte invention se rapporte à un procé- dé de fabrication di dextrose à partir de matières amy- lacées brutes, et elle concerne plus particulièrement un procédé perfectionna à deux enzymes pour convertir l'ami- don brut en dextrose.
On sait dans cette technique que l'amidon, par exemple l'amidor du mais, peut être hydrolysé pour former des sucres ccnme le dextrose. Pour catalyser cette hydrolyse, on a couramment utilisé des acides, par exem- ple l'acide chlorhydique. Ces produits amidonnés "conver- tis à l'acide" préseitent toutefois un inconvénient, à savoir la formation @e quantités importantes de dextrines
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généralement indésirables. Puisque les dextrines ne pos- sèdent pas de pouvoir édulcorant, les produits amylacés convertis à l'acide laissent quelque peu à désirer lors- qu'on les destine à la confiserie, par exemple pour la fabrication des sirops. De plus, les dextrines abaissent le rendement global en sucres désirables, comme le dex- trose et le maltose.
On sait également que les produits amylacés convertis à l'acide contiennent des quantités indésirables de sucres de rétrogradation comme les genti- obiose, isomaltose, panose, etc. Ces sucres ne sont pas fermentables par les levures, par exemple, et réduisent l'utilité des produits amylacés convertis à l'acide comme supports de fermentation pour la production d'autres pro- duits utiles.
Four tenter de surmonter les inconvénients de la conversion à l'acide, on a mis au point une conversion enzymatique. On a utilisé des enzymes comme l'alpha-amy- , lase et l'amyloglucosidase, pour catalyser l'hydrolyse de l'amidon. Les sirops convertis par des enzymes possèdent par exemple des avantages très nets sur les sirops conver- tis aux acides. Les sirops convertis aux enzymes ne con- tiennent pratiquement pas de dextrines, des quantités avantageusement faibles de sucres de rétrogradation, et au moins autant et en général plus de dextrose que l'on ne peut obtenir par la conversion à l'acide. Pour que les enzymes soient d'une efficacité maximale dans la conver- sion de l'amidon en sucres désirables, il convient de li- quéfier quelque peu cet amidon.
Cette liquéfaction peut se faire par une conversion partielle à l'acide, comme il a été dit ci-dessus, ou par une conversion aux enzymes.
Les procédés à deux enzymes de la technique antérieure
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ont utilisé une amylase pour liquéfier l'amidon et une amyloglucosidase pour convertir l'amidon en sucre. Cepen- dant, certains inconvénients restent attachés à ces pro- cédés connus. Même si la conversion à l'acide n'est uti- lisée que pour la liquéfaction de l'amidon, il est impos- sible de l'appliquer à des matières amylacées brutes car l'acide convertirait les constituants autres que l'amidon dans ces matières en produits indésirables. On a donc li- mité jusqu'à présent les procédés catalysés par un acide aux seules matières constituées par de l'amidon pratique- ment pur.
Même lorsqu'on a utilisé des procédés à deux enzymes, ces derniers étaient en général limités à des amidons pratiquement purs car, dans le cas contraire, les enzymes auraient été contaminées par des enzymes indési- rables comme les lipase, protéase, transglucosidase, etc..., qui catalysent la formation de produits indésira- bles à partir de matières amylacées brutes.
La présente invention a pour but de fournir un procédé de production de dextrose, avec des rendements élevés, à partir des matières amylacées brutes, et en par- ticulier un tel procédé à deux enzymes permettant un ren- dement élevé en dextrose à partir de matières amylacées brutes.
Selon la présente invention, un procédé de conversion de matières amylacées brutes en produits conte- nant du dextrose est caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre un mélange d'eau et de matière amylacée brute à l'action d'une amylase à une température d'environ 85 à 91 C pendant environ 25 à 45 minutes à un pH d'environ 6,9 à 7,7 afin de liquéfier sensiblement tout l'amidon dans la matière amylacée brute; à refroidir la solution
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d'amidon liquéfié à une température d'environ 59 à 60 C ; à régler le pH de cette s)lution à une valeur d'environ 4,8 à 5,1 ; à ajouter à c3tte solution une amyloglucosi- dase sensiblement exemptE de l'activité protéasique, li- pasique et transglucosidasique ;
et à maintenir le mélan- ge résultant à une température d'environ 59 à 60 C pen- dant 62 à 96 heures environ.
On peut traitE r la solution résultante conte- nant du dextrose de diverses façons selon l'usage final désiré. Si l'on ne cherche à obtenir qu'une solution bru- te de sucres, on peut utiliser le produit obtenu par ce procédé sans aucun autre traitement. Si l'on désire un sirop de sucre d'une qualité supérieure, on filtre le produit du procédé ci-dessus, par exemple pour en élimi- ner les fibres et autres matières brutes, et on traite le produit ensuite par des techniques bien connues de défé- cation et d'échange d'ions pour éliminer les cendres et les autres impuretés. Si l'on cherche à obtenir du dex- trose cristallin, on soumet alors le sirop préparé comme ci-dessus à des techniques 'bien connues de cristallisa- tion.
Les matières amylacées brutes qu'on utilise dans le présent procédé peuvent être choisies dans une gamme étendue de produits bruts. On peut utiliser des amidons bruts provenant du mais, du blé, des pommes de ' terre et similaires. On peut utiliser également divers courants du broyage du mais aussi bien à sec qu'au mouil- lé.
Les courants comprennent des substances telles que les liqueurs d'amidon, des bouillies de mais, des bouillies granulées de mais, du mais entier broyé, de la farine de mais, des gruaux de brasserie et des fractions humides de
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broyage de céréales, par exemple les courants de la centrifugeuse "Dorrcone" les courants inférieurs d'un clarificateur et les bouillies dégermées de premier jet, On peut utiliser diverses autres matières amylacées qui sont bien connues des spécialistes de la question.
La liquéfaction des matières amylacées brutes se fait en soumettant un mélange d'eau et d'une telle ma- tière à l'action d'une amylase. Le mélange d'eau et de matière amylacée brute comme la farine de mais, contient de préférence 1,3 à environ 1,6 litre d'eau par kg de matière brute (poids des solides secs). L'amylase obtenue des sources fongueuses ou bactériennes est bien connue dans la technique et est préparée par des processus éga- lement bien connus, De préférence l'amylase est l'alpha- amylase.
On @oit utiliser cette amylase en une quantité équivalente à environ 0,09 à 0,12 % en poids par rapport au poids des solides secs dans la matière amylacée brute, sous forme d'une amylase présentant une concentration ou une puissar@e telle que 1 mg de l'enzyme donne environ 100 mg de maltose à partir de 1000 mg d'amidon dans des conditions normalisées de titrage. Ces conditions norma- lisées de titrage sont: 1000 mg d'amidon soluble dans une solution aqueuse à 2 % en poids, d'un pH de 5,4, à 40 C, avec une incubation de 30 minutes, et avec une concentra- tion de la solution enzymatique à essayer telle que 1 ml permet de catalyser l'hydrolyse de 20 à 30 % en poids d'amidon pendant cette période de 30 minutes.
La teneur en maltose dans l'amidon converti par voie enzymatique est déterminée par le procédé bien connu de Schoorl. On traite la matière amylacée brute avec l'amylase de liqué- faction à une température d'environ 85 à 91 C pendant
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environ 25 à 45 minutes à un pH d'environ 6,9 à 7,7. On peut réaliser cette valeur du pH par des techniques bien connues, par exemple en ajoutant de l'hydroxyde de cal- cium. Lorsqu'on conduit le procédé dans les conditions indiquées, l'efficacité de la conversion de saccharifi- cation ultérieure est améliorée, les résultats sont plus uniformes et reproduisibles et la liquéfaction est plus complète.
La saccharification, ou conversion de l'amidon brut liquéfié en dextrose, est réalisée par le refroidis- sement de la matière amylacée brute liquéfiée à une tempé- rature d'environ 59 à 60 C, le réglage du pH à environ 4,8 à 5,1 par une technique bien connue, par exemple l'addition-'-, l'acide sulfurique, l'incorporation à cette solution d'une amyloglucosidase sensiblement exempte d'activité de protéase, de lipase et de transglucosidase, et le maintien du mélange résultant à une température d'environ 59 à 60 C pendant environ 62 à 96 heures. Si l'on utilise une température au-dessous de'59110, l'acti- vité de l'enzyme est retardée, d'où baisse du rendement. du dextrose.
En outre, les températures plus basses per- mettent la croissance des micro-organismes contaminants ,et la formation de produits indésirables. Aux températu- res au-dessus d'environ 60 C, l'enzyme est sérieusement détériorée de façon irrécupérable et les rendements en dextrose sont encore une fois réduits.
On utilise l'amyloglucosidase à une concentra- tion ou à une puissance d'environ 154 à 209 unités par kg de matière amylacée brute, mesurée en solides secs.
La notion "unité" représente la quantité d'une enzyme qui peut catalyser la production de 1 g. de dextrose en une
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heure dans des conditions de titrage normalisées. Ainsi, une concentration de 154 à 209 unités de l'enzyme permet d'obtenir 154 à 209 g. de dextrose en une heure dans des conditions d'essai normalisées. Ces conditions normali- sées de titrage sont 20 g. d'amidon soluble dans une so- lution aqueuse à 4 % en poids; un pH de 4,2 établi avec une solution tampon d'acétate de sodium et d'acide acéti- que ; une température de 60 C ; une heure d'incubation ; concentration de la solution de l'enzyme à essayer telle que 1 ml catalyse une hydrolyse de 20 à 30 % en poids d'amidon pendant la période d'une heure.
La teneur en dextrose de l'amidon converti par voie enzymatique est déterminée par le procédé bien connu de Schoorl.
L'amyloglucosidase qui est utile pour le pré- sent procédé est sensiblement exempte d'activité proté- asique, lipasique, et transglucosidasique. On peut obte- nir une telle amyloglucosidase par un traitement de raffl- nage d'une liqueur d'extrait fongueux brut de l'amyloglu- cosidase qu'on obtient à partir de certains mycètes tels que l'Aspergillus nier, les membres de la famille du Aspergillus niger, les Rhizopus ryzae, Rhizopus nigri- cans, Rhizopus reflexus, Rhizopus microsporis et similai- res. On.obtient la liqueur brute par des techniques de fermentation bien connues.
En variante, on sait que cer- taines souches des mycètes Aspergillus nier produisent une liqueur de culture contenant de l'amyloglucosidase sensiblement exempte d'activité protéasique, lipasique et transglucosidasique. Quand on utilise des souches de my- cètes, on peut employer la liqueur brute de culture résul- tante sans avoir à la raffiner ultérieurement, pour la saccharification du présent procédé.
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Le raffinage d'amyloglucosidase brute, s'il est nécessaire, peut se faire par des procédés bien connus dans la technique antérieure. On peut utiliser dans diver.- . ses combinaisons et pour obtenir le degré de pureté néces- ' saire de l'amyloglucosidase : des adsorbants minéraux sé- lectifs comme les silicates, la bentonite, etc...; des solutions sélectives des sels minéraux comme le chlorure de sodium, le sulfate d'ammonium et similaires, et des solvants organiques liquides sélectifs, Lorsqu'on utilise des solvants organiques, tout solvant liquide organique sélectif capable de dissoudre l'amyloglucosidase mais ne dissolvant pas les transglucosidase, protéase, lipase et autres amylases, et en même te@ps incapable d'inactiver de façon irréversible l'amyloglucosidase, convient dans ce but.
Parmi les solvants sélectifs organiques de ce type, on peut citer l'acétone et l'isopropanol. L'emploi des sol- vants organiques et de la bentonite pour le raffinage de l'amyloglucosidase est décrit par Underkofler et Vncente dans le Iowa State College Journal of Science, 30,445 (156). La séparation des protéases des amylases par ad- sorption des protéases sur du silicate d'aluminium est dé- crite par Dirks et Miller dans Cereal Chemistry, Mars 1949, pages 98 - 109. Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique
N 2.121.459 du 21 Juin 1938 , on décrit l'enlèvement des protéases de l'amylase dans les mélanges d'enzymes qu'on obtient à partir de graines, de moisissures ou de bacté- ries. Pour cela, on procède à une adsorption sélective de la protéase par divers oxydes d'aluminium comme la bauxite.
En général, tout réactif ou combinaison de réactifs qui n'affecte pas de façon fâcheuse l'activité enzymatique ou la solubilité dans l'eau de l'amyloglucosidase, mais qui
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agit comme une matière sélective pour séparer les enzymes autres que l'amyloglucosidase de l'amyloglucosidase non raffinée, peut servir à la production d'une amyloglucosi- dase raffinée convenant pour son utilisation selon la pré- sente invention. La combinaison particulière des réactifs de raffinage et des stades de raffinage qu'on doit utili- ser pour obtenir une amyloglucosidase d'une pureté satis- faisante dépendra des considérations économiques indivi- duelles à chaque cas concernant la production de la li- queur brute d'amyloglucosidase.
Les exemples suivants servent à illustrer l'invention sans aucunement en limiter la portée.
EXEMPLE 1
On mélange 694 kg de farine de mais avec 930 litres d'eau pour former une bouillie contenant 1,34 li- tre d'eau par kg de farine de mais. On règle le pH de la bouillie à 7,4 par addition d'hydroxyde de calcium. On ajoute de l'alpha-amylase d'origine bactérienne (ayant une puissance tele que 1 mg d'enzyme produise 100 mg de maltose dans les conditions normalisées de titrage) à rai- son de 0,1 % par rapport au poids des solides secs dans la bouillie de farine de mais. On chauffe le mélange ré- sultant à une température de 88-90 C et on maintient cette température pendant 33 minutes.
On refroidit ensuite la @ farine de mais liquéfiée à 59-60 C, on règle le pH à 5,0 par l'addition d'acide sulfurique, on ajoute de l'amylo- glucosidase sensiblement exempte d'activité protéasique, lipasique et transglucosidasique à raison de 161 unités par kg de solides secs dans la farine liquéfiée, et on maintient le mélange résultant à 59-60 C pendant 63 heures, On filtre le produit saccharifié pour éliminer les matières
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brutes, et on analyse le filtrat pour déterminer la te- neur en dextrose ou ses équivalents en sucres réducteurs de cuivre par le procédé de Schoorl.
L'équivalent de dex- @ trose dans le filtrat indique une conversion globale d'amidon en dextrose représentant '97,6 % de la quantité Théorique par rapport à l'amidon dans la farine de mais.
L'exemple ci-dessus montre clairement l'impor- tance des rendements en dextrose ou en sucres équivalents qu'on obtient par le nouveau procédé à deux enzymes selon l'invention. ,
Les produits contenant du dextrose qu'on ob- tient par le procédé de l'invention peuvent être utilisés de diverses façons bien connues dans l'industrie des su- @ cres. L'exemple suivant décrit une telle utilisation.
EXEMPLE 2
On clarifie un sirop contenant du dextrose saccharifié et liquéfié qu'on a obtenu par le processus de l'Exemple 1, par addition de 0,03 % (poids/volume) de H3P04 d'une concentration de 75 %, et ensuite d'une bouil . lie de chaux à 30 % pour obtenir un pH de 6,9 à 7,1.
L'acide phosphorique et la chaux se combinent pour former un*flocon qui clarifie le sirop de sucre. On chauffe le mélange du sirop et du flocon à 74-77 C et on enlève le flocon par filtration. On fait ensuite passer le sirop clarifié résultant à travers un lit de "Duolite S-30" qui est une résine adsorbante des colorants, à 41-43 C. Cette résine est vendue par la "Chemical Process @o.". On fait passer l'effluent sortant de la résine décolorante à tra- vers un lit de "Nalcite HCR" qui est une résine échangeuse de cations vendue par la "National Aluminate Corp.", et ensuite à travers un lit de "Duolite A-6" qui est une
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.résine échangeuse d'anions vendue par la "Chemical Process Co".
Les résines échangeuses d'ions enlèvent la cendre et les acides aminés constituant les impuretés, On fait passer l'effluent de la résine échangeuse d'a- nions dans un évaporateur sous vide où on effectue une évaporation sous pression réduite à 54-57 C jusqu'au mo- ment où la densité du sirop est comprise entre 1,29 et 1,32. On transfère le sirop dans un cristalliseur où on l'ensemence avec du dextrose cristallin sec à raison de 5 % (poids/volume). On maintient la température de cris- tallisation à 37-40 C. Dans ces conditions, la cristalli- sation se déroule à un taux tel que 40 à 50 % du sucre présent se séparent en 12 à 24 heures. On abaisse progres- sivement la température selon une technique bien connue jusqu'au moment où le volume des cristaux représente 80 à 85 % (volume/volume).
On sépare la liqueur-mère par des procédés de centrifugation classiques et on lave légère- ment les cristaux qui s'écoulent librement avec 5 à 10 % d'eau (en poids) et on les sèche. Les cristaux blancs ainsi obtenus contiennent 99,6 à 99,8 % en poids de dex- trose, essentiellement pas de cendre et seulement des traces d'azote. Le dextrose cristallin obtenu s'écoule de façon exceptionnellement libre et ne présente pas de ten- dance à s'agglutiner au stockage. Ces caractéristiques constituent des améliorations par rapport au dextrose cristallin de la technique antérieure.
Le sucre en plaques qu'on obtient à partir des sirops de dextrose préparés selon l'invention est supé- rieur à celui de la technique antérieure en ce sens qu'il est sensiblement exempt de gentiobiose, panose et autres sucres d'un goût médiocre ainsi que de produits de décom-
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position des protéines résultant de la dégradation enzy- matique.
En résumé, la présente invention concerne un procédé perfectionné à deux enzymes permettant de conver- tir des matières amylacées brutes en dextrose avec des rendements élevés, en utilisant des conditions de traite- ment spéciales qui ne sont pas spécifiquement indiquées par la technique antérieure.
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"Process for the manufacture of dextrose from crude starchy materials
The present invention relates to a process for making dextrose from crude starch materials, and more particularly relates to an improved two-enzyme process for converting crude starch to dextrose.
It is known in this art that starch, for example corn starch, can be hydrolyzed to form sugars such as dextrose. To catalyze this hydrolysis, acids have commonly been used, for example hydrochloric acid. These "acid-converted" starch products, however, have a drawback, namely the formation of large amounts of dextrins.
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generally unwanted. Since dextrins have no sweetening power, the acid-converted starch products leave something to be desired when used in confectionery, for example for the manufacture of syrups. In addition, dextrins lower the overall yield of desirable sugars, such as dextrose and maltose.
It is also known that the starch products converted to acid contain undesirable amounts of retrogradation sugars such as gentiobiosis, isomaltose, panose, etc. These sugars are not fermentable by yeasts, for example, and reduce the utility of the acid-converted starch products as fermentation media for the production of other useful products.
In an attempt to overcome the disadvantages of the acid conversion, an enzymatic conversion has been developed. Enzymes such as alpha-amylase and amyloglucosidase have been used to catalyze the hydrolysis of starch. Syrups converted by enzymes have, for example, very clear advantages over syrups converted to acids. Syrups converted to enzymes contain virtually no dextrins, desirably low amounts of retrograding sugars, and at least as much and generally more dextrose as is not obtainable by the acid conversion. In order for the enzymes to be most effective in converting starch to desirable sugars, this starch should be liquefied somewhat.
This liquefaction can take place by partial conversion to acid, as has been said above, or by conversion to enzymes.
The two enzyme methods of the prior art
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used an amylase to liquefy starch and an amyloglucosidase to convert starch to sugar. However, certain drawbacks remain attached to these known methods. Even if the conversion to acid is only used for the liquefaction of starch, it is not possible to apply it to crude starchy materials because the acid would convert the constituents other than starch in these materials into undesirable products. Heretofore, therefore, acid catalyzed processes have been limited to material consisting of substantially pure starch.
Even when two-enzyme processes were used, these were in general limited to nearly pure starches, as otherwise the enzymes would have been contaminated with unwanted enzymes such as lipase, protease, transglucosidase, etc. ..., which catalyze the formation of undesirable products from crude starchy materials.
The object of the present invention is to provide a process for producing dextrose, in high yields, from raw starchy materials, and in particular such a two-enzyme process allowing a high yield of dextrose from raw materials. crude starches.
According to the present invention, a process for converting crude starchy materials into dextrose-containing products is characterized in that it consists in subjecting a mixture of water and crude starchy material to the action of an amylase at an amylase. temperature of about 85 to 91 C for about 25 to 45 minutes at a pH of about 6.9 to 7.7 to liquefy substantially all of the starch in the crude starch material; to cool the solution
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liquefied starch at a temperature of about 59 to 60 C; adjusting the pH of this s) lution to a value of about 4.8 to 5.1; adding to this solution an amyloglucosidase substantially free from protease, lipase and transglucosidase activity;
and maintaining the resulting mixture at a temperature of about 59 to 60 ° C for about 62 to 96 hours.
The resulting solution containing dextrose can be processed in various ways depending on the desired end use. If it is only desired to obtain a crude solution of sugars, the product obtained by this process can be used without any further treatment. If a higher quality sugar syrup is desired, the product of the above process is filtered, for example to remove fibers and other raw materials, and the product is then processed by well known techniques. defecation and ion exchange to remove ash and other impurities. If it is desired to obtain crystalline dextrose, then the syrup prepared as above is subjected to well known crystallization techniques.
The raw starchy materials used in the present process can be selected from a wide variety of raw materials. Crude starches from corn, wheat, potatoes and the like can be used. Various streams of maize grinding can also be used, both dry and wet.
The streams include such substances as starch liquors, corn porridge, granulated corn porridge, whole ground corn, corn flour, brewer's groats and wet fractions of corn.
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grinding of cereals, for example "Dorrcone" centrifuge streams, clarifier bottom streams and first spray degermed slurries. Various other starchy materials can be used which are well known to those skilled in the art.
The liquefaction of crude starchy material is accomplished by subjecting a mixture of water and such material to the action of an amylase. The mixture of water and crude starchy material such as corn flour preferably contains 1.3 to about 1.6 liters of water per kg of crude material (weight of dry solids). Amylase obtained from fungus or bacterial sources is well known in the art and is prepared by also well known procedures. Preferably the amylase is alpha-amylase.
This amylase is used in an amount equivalent to about 0.09 to 0.12% by weight based on the weight of the dry solids in the crude starchy material, as an amylase having such a concentration or potency. that 1 mg of the enzyme gives about 100 mg of maltose from 1000 mg of starch under standard titration conditions. These standard titration conditions are: 1000 mg of soluble starch in a 2% by weight aqueous solution, with a pH of 5.4, at 40 ° C., with a 30 minute incubation, and with a concentration. tion of the enzymatic solution to be tested such that 1 ml catalyzes the hydrolysis of 20 to 30% by weight of starch during this period of 30 minutes.
The maltose content in the enzymatically converted starch is determined by the well known method of Schoorl. The crude starchy material is treated with liquefying amylase at a temperature of about 85-91 ° C for
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about 25 to 45 minutes at a pH of about 6.9 to 7.7. This pH value can be achieved by well known techniques, for example by adding calcium hydroxide. When the process is carried out under the conditions indicated, the efficiency of the subsequent saccharification conversion is improved, the results are more uniform and reproducible, and the liquefaction is more complete.
Saccharification, or conversion of liquefied crude starch to dextrose, is accomplished by cooling the liquefied crude starch material to a temperature of about 59 to 60 ° C, adjusting the pH to about 4.8 to 5.1 by a well-known technique, for example adding -'-, sulfuric acid, incorporating into this solution an amyloglucosidase substantially free of protease, lipase and transglucosidase activity, and maintaining of the resulting mixture at a temperature of about 59 to 60 C for about 62 to 96 hours. If a temperature below 59110 is used, the activity of the enzyme is retarded resulting in reduced yield. dextrose.
In addition, the lower temperatures allow the growth of contaminating microorganisms, and the formation of unwanted products. At temperatures above about 60 ° C the enzyme is seriously damaged beyond recovery and the dextrose yields are again reduced.
Amyloglucosidase is used at a concentration or potency of about 154-209 units per kg of crude starch material, measured as dry solids.
The notion "unit" represents the quantity of an enzyme which can catalyze the production of 1 g. dextrose in one
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hour under standard titration conditions. Thus, a concentration of 154 to 209 units of the enzyme makes it possible to obtain 154 to 209 g. of dextrose in one hour under standard test conditions. These standard titration conditions are 20 g. starch soluble in 4% by weight aqueous solution; a pH of 4.2 established with a buffer solution of sodium acetate and acetic acid; a temperature of 60 C; one hour of incubation; Concentration of the solution of the enzyme to be tested such that 1 ml catalyzes a hydrolysis of 20 to 30% by weight of starch during the period of one hour.
The dextrose content of the enzymatically converted starch is determined by the well known method of Schoorl.
The amyloglucosidase which is useful for the present method is substantially free of protease, lipase, and transglucosidase activity. Such an amyloglucosidase can be obtained by a refining treatment of a crude fungus extract liquor of amyloglucosidase obtained from certain fungi such as Aspergillus, members of the family of Aspergillus niger, Rhizopus ryzae, Rhizopus nigricans, Rhizopus reflexus, Rhizopus microsporis and the like. The raw liquor is obtained by well known fermentation techniques.
Alternatively, certain strains of the Aspergillus denier fungi are known to produce a culture liquor containing amyloglucosidase substantially free of protease, lipase and transglucosidase activity. When fungal strains are used, the resulting cultured crude liquor can be employed without having to further refine it for the saccharification of the present process.
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Refining of crude amyloglucosidase, if necessary, can be done by methods well known in the prior art. One can use in diver.-. its combinations and to obtain the necessary degree of purity of the amyloglucosidase: selective mineral adsorbents such as silicates, bentonite, etc.; selective solutions of inorganic salts such as sodium chloride, ammonium sulphate and the like, and selective liquid organic solvents, When using organic solvents, any selective organic liquid solvent capable of dissolving amyloglucosidase but not dissolving transglucosidase, protease, lipase and other amylases, and at the same time unable to irreversibly inactivate amyloglucosidase, are suitable for this purpose.
Among the selective organic solvents of this type, mention may be made of acetone and isopropanol. The use of organic solvents and bentonite for refining amyloglucosidase is described by Underkofler and Vncente in the Iowa State College Journal of Science, 30,445 (156). The separation of proteases from amylases by adsorption of the proteases onto aluminum silicate is described by Dirks and Miller in Cereal Chemistry, March 1949, pages 98-109. In the US patent
No. 2,121,459 of June 21, 1938, describes the removal of amylase proteases in enzyme mixtures obtained from seeds, molds or bacteria. For this, a selective adsorption of the protease is carried out by various aluminum oxides such as bauxite.
In general, any reagent or combination of reagents which does not adversely affect the enzyme activity or water solubility of amyloglucosidase, but which
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acts as a selective material to separate enzymes other than amyloglucosidase from unrefined amyloglucosidase, can be used for the production of refined amyloglucosidase suitable for its use according to the present invention. The particular combination of refining reagents and refining stages which must be used to obtain amyloglucosidase of satisfactory purity will depend on the individual economic considerations in each case relating to the production of the crude liquid d. amyloglucosidase.
The following examples serve to illustrate the invention without in any way limiting its scope.
EXAMPLE 1
694 kg of corn flour are mixed with 930 liters of water to form a slurry containing 1.34 liters of water per kg of corn flour. The pH of the slurry is adjusted to 7.4 by adding calcium hydroxide. Alpha-amylase of bacterial origin (having a potency such that 1 mg of enzyme produces 100 mg of maltose under standard titration conditions) is added at a rate of 0.1% relative to the weight of the solids. dried in corn flour porridge. The resulting mixture is heated to a temperature of 88-90 ° C. and maintained at this temperature for 33 minutes.
The liquefied corn flour is then cooled to 59-60 C, the pH is adjusted to 5.0 by the addition of sulfuric acid, amyloglucosidase is added substantially free from protease, lipase and transglucosidase activity. at a rate of 161 units per kg of dry solids in the liquefied flour, and the resulting mixture is maintained at 59-60 C for 63 hours. The saccharified product is filtered to remove material
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crude, and the filtrate is analyzed for dextrose content or its copper reducing sugars equivalents by the Schoorl method.
The dextrose equivalent in the filtrate indicates an overall conversion of starch to dextrose representing 97.6% of the theoretical amount relative to the starch in corn flour.
The above example clearly shows the importance of the yields of dextrose or of equivalent sugars obtained by the new two-enzyme process according to the invention. ,
The dextrose containing products obtained by the process of the invention can be used in a variety of ways well known in the sugar industry. The following example describes such use.
EXAMPLE 2
A syrup containing saccharified and liquefied dextrose obtained by the procedure of Example 1 is clarified by adding 0.03% (w / v) H3PO4 at a concentration of 75%, and then adding a boil. lime at 30% to obtain a pH of 6.9 to 7.1.
Phosphoric acid and lime combine to form a * flake which clarifies the sugar syrup. The mixture of syrup and flake is heated to 74-77 ° C and the flake is removed by filtration. The resulting clarified syrup is then passed through a bed of "Duolite S-30" which is a dye adsorbent resin, at 41-43 C. This resin is sold by the "Chemical Process ®". The effluent from the bleaching resin is passed through a bed of "Nalcite HCR" which is a cation exchange resin sold by the "National Aluminate Corp.", and then through a bed of "Duolite A-. 6 "which is a
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.Anion exchange resin sold by the "Chemical Process Co".
The ion exchange resins remove the ash and the amino acids constituting the impurities. The effluent from the anion exchange resin is passed through a vacuum evaporator where evaporation is carried out under reduced pressure at 54-57 C until the moment when the density of the syrup is between 1.29 and 1.32. The syrup is transferred to a crystallizer where it is seeded with dry crystalline dextrose at 5% (w / v). The crystallization temperature is maintained at 37-40 ° C. Under these conditions, crystallization proceeds at a rate such that 40-50% of the sugar present separates out within 12-24 hours. The temperature is gradually lowered according to a well-known technique until the moment when the volume of the crystals represents 80 to 85% (volume / volume).
The mother liquor is separated by conventional centrifugation methods and the free-flowing crystals are washed lightly with 5-10% water (by weight) and dried. The white crystals thus obtained contain 99.6 to 99.8% by weight of dextrose, essentially no ash and only traces of nitrogen. The crystalline dextrose obtained flows exceptionally free and does not show a tendency to agglutinate on storage. These characteristics are improvements over prior art crystalline dextrose.
The plaque sugar obtained from the dextrose syrups prepared according to the invention is superior to that of the prior art in that it is substantially free from gentiobiosis, panose and other poor tasting sugars. as well as decomposition products
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position of proteins resulting from enzymatic degradation.
In summary, the present invention relates to an improved two-enzyme process for converting crude starchy materials to dextrose in high yields, using special processing conditions not specifically indicated by the prior art.