HUP0202872A2

HUP0202872A2 - Növényi anyag kromatográfiás elválasztása

Info

Publication number: HUP0202872A2
Application number: HU0202872A
Authority: HU
Inventors: Tapio Juhani Antila; Juho Jumppanen; Hannu Koivikko; Christina Lindqvist; Matti Tylli; Timo Väkeväinen
Original assignee: Danisco Sugar Oy
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 2000-09-15
Publication date: 2002-12-28
Also published as: PL196961B1; PL196962B1; US20020150652A1; CA2384874A1; EP1218079B1; FI113453B; HUP0202872A3; HUP0203963A2; WO2001021271A1; CZ2002948A3; PL353991A1; ATE448848T1; US6663717B2; CZ2002799A3; US20020189606A1; EP1227866A1; EP1218079A1; JP2003509576A; CA2385109C; EP1218079B8

Abstract

A találmány pektintartalmú növényi anyag, pl. cukorrépapépkromatográfiás elválasztására vonatkozik. A találmány szerintieljárásban valamely pektintartalmú hidrolizátumot kromatográfiásanpektinfrakcióra, sófrakcióra és cukorfrakcióra választunk szét. Azeljárást kationcserélő gyanta alkalmazásával folytatják le, melyelőnyösen többvegyértékű fém formában van. Ó

Description

KÖZZÉTÉTELI Ά ' PÉLDÁNY 7% -' ”^:Α

Növényi anyag kromatográfiás elválasztása

A találmány pektin tartalmú növényi anyag, pl. cukorrépapép kromatográfiás feldolgozására vonatkozik. A találmány konkrétabban pektinnek és pektin eredetű cukroknak/oligomereknek, valamint egyidejűleg sóknak pektin tartalmú növényi anyagból kromatográfiás elválasztással történő kinyerésére vonatkozik.

A pektin az élelmiszeriparban általánosan használt adalékanyag. Többek között stabilizáló szerként, sűrítő- és gélesítő szerként használják pl. dzsemekben és más gyümölcs-alapú termékekben, valamint savanyú tej-alapú termékekben, így pl. joghurtokban.

A pektin elválasztás céljából a kiindulási anyagként használt növényi anyagot, pl. cukorrépa-pépet először savas vagy lúgos hidrolízissel oldható formára hozzák. A hidrolízis során az oldathoz sókat adnak, melyek a pektin végtermékben nem kívánatosak, s ezért ezeket el kell távolítani.

A pektineket általában almából, cukorrépa-pépből vagy citrusfélék héjából nyerik ki: először az oldható polimereket savval extrahálják, majd a kapott oldatot szűrik és betöményítik és a pektineket alkohollal vagy fém-sókkal megfelelő pH-értéken kicsapják. A szabaddá vált cukrok az alkoholos-vizes oldatban maradnak. Minthogy az eljárásban nagy mennyiségű oldószert használnak, az alkoholos-vizes oldat cukortartalma igen kicsi.

A 4 816 078 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás (Süddeutsche Zucker-Aktiengesellschaft) L-arbinóz cukorrépa-pépből vagy más növényi anyagból bázikus hidrolízis útján történő kinyerését ismerteti; az L-arabinózt ezt követően

96391-1672 TF/SM kromatográfiásan tisztítják. Az 5 250 306 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás (British Sugar PLC) arabán cukorrépa-pépből történő kinyerését ismerteti; az eljárásban először lúgos hidrolízist, majd ultraszúrést alkalmaznak. A leírás szerint a lúgos hidrolízis során a pektin elroncsolódik és csak a cukrokat lehet kinyerni.

A WO 99/10542 számon publikált nemzetközi szabadalmi bejelentés (Cultor Corporation) L-arabinóz cukorrépa-pépből való kinyerését írja le: az eljárásban kromatográfiás elválasztást végeznek egy vegyértékű fém formára hozott kationcserélővei. Ezt megelőző lépésként az eljárásban a cukorrépa-pépet erősen lúgos oldattal extrahálják. Az erős lúg azonban a pektineket elroncsolja, így csak a cukrokat nyerik ki.

Az 56 011 903 számú japán szabadalmi leírás (Chisso Corporation) „nyers” pektin növényi anyagtól való elválasztását ismerteti ultraszűrés alkalmazásával. A kiindulási anyagot először sósavval kezelik 2,5-3,0 pH-értéken, és a pektint 85 °C hőmérsékleten extrahálják. A kapott terméket szűrik, és a szűrletet 6000-20000 Da frakció elkülönítésére alkalmas membrán alkalmazásával ultraszűrik.

Az 5 008 254 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás (Weibel, M.K.) szerint a pektin-cukor keveréket gyors savas hidrolízissel különítik el a cukorrépa-pépből. A hidrolízist magas hőmérsékleten (120 °C) rövid ideig (6 másodperc) végzik. A cukrokat és a némi pektint tartalmazó hidrolizált keveréket ultraszűréssel (frakcióméret: 30 000 Da) töményítik be. Az említett gyors savas hidrolízis azonban technikailag rendkívül komplex feladat, és a savas hidrolízis alkalmazásakor visszamaradó oldhatatlan rostok hajlamosak kolloidális masszává szétesni, melyet nehéz szúrni.

A 4 303 549 számú német szabadalmi leírás (Herstreich & Fox KG Pektin FA) cukorrépából pektintartalmú extraktum előállítására vonatkozik. Az eljárásban a nyersanyagot citromsavval 50 °C és az oldat forráspontja közötti hőmérsékleten hidrolizálják.

Az 5 660 872 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás (Raffinerie Tirlemontoise S.A.) polidiszperz szacharid kompozíció kromatográfiás elválasztását írja le. A módszer főként inulin frakciók elválasztására vonatkozik. A kezelendő inulin tartalmú anyagot pl. növényi anyagból, mint pl. cikóriagyökérből lehet kinyerni. A nyersanyagot először oldható formára hozzák, majd metastabil oldattá alakítják oly módon, hogy az oldat hőmérsékletét az oldhatósági hőmérséklet alatti értékre állítják be, anélkül, hogy az oldatban agglomerátumok képződnének. A metastabil oldatból kromatográfiásan a következő frakciókat különítik el: egy nagy molekulatömegű frakciót, mely kis molekulatömegű szacharidoktól (polimerizációs fok 2, vagy kevesebb, előnyösen 5 vagy kevesebb) mentes, és egy kis molekulatömegü frakciót, mely nagy molekulatömegü szacharidoktól (polimerizációs fok nagyobb, mint 5) mentes. A módszerrel nem tudják a sókat a szachrid komponensektől elválasztani.

A Chem. Abstract 123 (1995) 137780 számú referátuma pektines poliszacharidoknak növényi anyagokból, pl. almából és citrus gyümölcsökből történő elkülönítését ismerteti; az eljárásban anioncserélő oszlopokat alkalmaznak. A referátum nem tesz említést arról, hogy sókat és cukrokat is sikerült volna kinyerni.

A Chern. Abstracts 55 (1961) 22994Í számú referátuma poliszacharidok (pl. cukorrépa eredetű araban és citrus eredetű pektin keverék) kromatográfiás elválasztását ismerteti cellulóz anioncserélők alkalmazásával. Az anioncserélők miatt alkalmazott lúgos környezetben a pektin könnyen elroncsolódik.

A Chern. Abstracts 67 (1967) 12777e számú referátuma ioncserélők alkalmazását ismerteti répa-pektin előállítására. Ebben az eljárásban a fémsókat eltávolítják a cukorrépa-pép hidrolizátumból.

Az SE-B 453 511 számú svéd szabadalmi leírás (Nils Montén) pektinnek anioncserélővei cukorrépa-pépből való előállítását írja le. Az anioncserélőt tisztítási célból használják és nem a pektinnek monomer és oligomer cukortól való elválasztására. A termék tehát pektines poliszachridok, valamint oligomer és monomer cukrok keveréke.

A WO 99/19365 számon publikált nemzetközi szabadalmi bejelentés (Korea Institute of Science and Technology) galakturonsavat (pektin), arabinózt és galaktózt tartalmazó gyógyászati készítményre vonatkozik. Az eljárásban Angelica gigas Nakai vizes extraktumából etanollal csapják ki a pektint és más kívánt komponenseket, majd a pektines csapadékot anioncserélő gyantával kezelik. Az eljárásban szerves oldószer (etanol) alkalmazására van szükség.

A jelen találmánnyal összefüggésben pektinek alatt olyan nagy molekulatömegú poliszacharid-típusú vegyületek értendők, amelyek részben metilezett poligalakturonsav láncokból épülnek föl (poligalakturonsav tartalom legalább 65 %). A pektinben a poligalakturonsav láncokhoz arabán, galaktán és xilóz oldalláncok is kapcsolódnak és a poligalakturonsav láncot időnként ramnózok szakítják meg. A cukorrépa eredetű pektin galakturonsavcsoportjai ezenkívül részben acilezettek.

A “pektin tartalmú növényi anyag növényből kinyert, bármely pektin tartalmú anyag lehet. A pektin tartalmú növényi anyag jellemzően cukorrépából, citrus gyümölcsből vagy almából nyerhető.

A “pektines cukrok/oligomerek” kifejezés poliszacharidokra, oligoszacharidokra, mono- és diszacharidokra vonatkozik (pl. kis molekulatömegű arabánok, arabino-oligomerek, arabinóz, galaktánok, galaktóz, galakto-oligomerek, ramnóz és fukóz), melyek pektinnel együtt vannak jelen a pektin tartalmú növényi anyagban. A feldolgozandó keverék kis mennyiségű szacharózt, glukózt és fruktózt is tartalmazhat.

A “cukorrépa-pép” cukorgyártásnál képződő pépet jelent, mely a cukor extrakciónál, a cukrok főtömegének kivonása után marad vissza.

A “cukorrépa-pép hidrolizátum” a cukorrépa-pép hidrolízisénél képződő oldat, mely a pektineket, a speciális cukrokat, valamint a sókat tartalmazza, melyeket szét kell választani.

A “sók” kis molekulájú ionizált anyagokat, jellemzően szervetlen kis molekulájú ionizált anyagokat jelentenek, mint amilyenek a nátrium-, kálium- és kalcium-sók. A sók jellemzően szervetlen savakkal, pl. sósavval, kénsavval és/vagy salétromsavval alkotott nátrium-, kálium- és/vagy kalcium-sók. Ezek a semlegesített oldatban jellemzően só formájában, savas oldatban pedig ion formájában vannak jelen. A sók a pektin tartalmú növényi anyag (pl. cukorrépa-pép) előkezelésekor (pl. savas vagy lúgos hidrolízis vagy esetleges semlegesítés) kerülnek a közegbe.

A találmány szerinti eljárást sikeresen alkalmaztuk a pektinek és pektines cukrok/oligomerek külön-külön termékként történő szeparálására, miközben a pektinekből és a pektines cukrokból/oligomerekből egyúttal a sókat is eltávolítottuk. Az eljárás egészét vizes oldatban folytatjuk le, így a szerves oldószer (pl. izopropanol és etanol) alkalmazásával járó gyúlásveszély és toxicitási probléma elkerülhető.

Minthogy a találmány szerinti elválasztási eljárás méretkizárásos jellege mellett ion-kizárásos és/vagy ion-késleltetéses megoldású is, a különböző frakciók iontartalmának szabályzása is szimultán megoldható. Az anionos formára hozott regenerált gyanta - azonkívül hogy elválasztja az ionokat - kationcserélőként is működik: a betáplált oldatban lévő kationokat (pl. króm, vas) úgy távolítja el, hogy ezeket a regenerált gyantában lévő ionokra cseréli ki. A kromatográfiás elválasztás során a frakciók méretét (cut-off limits) úgy választhatjuk meg, hogy a különböző frakciók összetételét egyúttal szabályozzuk is.

A találmány célkitűzéseit megvalósító eljárás jellemzőit a fő igénypontokba, az előnyös foganatosítási módokat az aligénypontokba foglaltuk.

A találmány most következő leíró részében a pektin tartalmat, a sótartalmat és az egyes cukrok koncentrációit a kromatográfiás oszlopra bocsátott pektint tartalmazó oldat szárazanyag-tartalmára vonatkoztatva adjuk meg és ennek megfelelően a kromatográfiás elválasztásnál kapott frakciók koncentrációját is a száraz anyagtartalomra számoljuk.

A találmány tárgya eljárás pektin tartalmú növényi anyag feldolgozására, mely növényi anyag pektin tartalmú vizes oldat formájában van. A találmány lényege, hogy a pektintartalmú ol datot kationcserélő gyantát tartalmazó kromatográfiás oszlopra visszük és az elválasztás során eluensként vizet használva kapunk egy olyan frakciót, melynek magasabb a pektintartalma, mint a kromatográfiás oszlopra felvitt pektintartalmú oldaté, és kapunk legalább még egy további frakciót. Kapunk tehát egy pektin-dús frakciót (pektin-frakció) és legalább még egy további frakciót.

A pektin-frakció egy vagy több pektint tartalmazó frakcióból állhat, attól függően, hogy a pektin termék molekulatömege milyen keskeny sávon belül ingadozhat a kívánalmak szerint.

A találmány első foganatosítási módja szerint az említett legalább egy további frakció egy olyan frakció, melynek magasabb a sótartalma, mint a kromatográfiás oszlopra felvitt pektin tartalmú oldaté. Ilyenkor a pektin-dús frakción kívül egy sóban gazdag frakciót (só-frakció) is kapunk.

A találmány ezen foganatosítási módjánál előnyösen olyan kationcserélő gyantát alkalmazunk, mely több vegyértékű fémkationos formára van hozva, pl. a gyanta Ca²⁺ vagy Al³⁺ formában van. A pektin tartalmú oldat elválasztásakor a pektinfrakción kívül egy olyan frakciót is kapunk, melynek sótartalma magasabb, mint a kromatográfiás oszlopra felvitt pektin tartalmú oldaté. A pektin-frakciót kinyerjük. Az így kapott pektin a sóktól meg van tisztítva, és rendszerint további tisztítás nélkül alkalmas a feldolgozásra. A másik frakció (melynek sótartalma magasabb mint a kromatográfiás oszlopra felvitt pektin tartalmú oldaté) sókat és speciális cukrokat tartalmaz. Ebből a frakcióból a sókat pl. membrán-szűréssel eltávolíthatjuk; ekkor speciális cukorterméket kapunk, mely a sóktól meg van tisztítva.

A találmány második foganatosítás! módjánál az említett legalább egy további frakció itt frakciókat jelent: az egyik egy olyan frakció, melynek magasabb a sótartalma, mint a kromatográfiás oszlopra felvitt pektin tartalmú oldaté; a további frakció(k)nak magasabb a speciális cukortartalma, mint a kromatográfiás oszlopra felvitt pektin tartalmú oldaté. Itt tehát a pektindús frakción kívül egy sóban gazdag frakciót (só-frakció) és pektin-cukrokban/oligomerekben gazdag frakció(ka)t is kapunk (pektin-cukor frakció/oligomer frakció).

A találmány ezen foganatosítási módjánál a pektin tartalmú oldatot a következő frakciókra bontjuk: pektin frakció; sófrakció; és pektin-cukor/oligomer frakció(k), melyek közül a pektin-frakciót és a pektin-cukor/oligomer frakció(ka)t különítjük el. Tehát a pektin-frakciót és a pektin-cukor/oligomer frakció(ka)t egy kromatográfiás művelettel választjuk el. Kívánt esetben a pektin-cukor/oligomer frakció(ka)t tovább frakcionálhatjuk. A találmány ezen foganatosítási módjánál szintén olyan kationcserélő gyantát alkalmazunk, mely több vegyértékű fémkationos formára van hozva, pl. a gyanta Ca²⁺ vagy Al³⁺ formában van.

A találmány harmadik foganatosítási módjánál az említett legalább egy további frakció olyan frakció(ka)t jelent, mely(ek)nek magasabb a peptid-cukor/oligomer koncentrációja, mint a kromatográfiás oszlopra felvitt pektin tartalmú oldaté. Itt tehát a pektin-dús frakción kívül pektin-cukorban/oligomerben gazdag frakció(ka)t kapunk [pektin-cukor/oligomer frakció(k)].

A találmány ezen foganatosítási módjánál a pektin tartalmú oldatot pektin-frakcióra és pektin-cukor/oligomer frakció(k)ra választjuk szét és pektin-frakciót és pektin-cukor/oligomer9 frakciót nyerünk ki. A kinyert pektin-cukor/oligomer frakció(k) tisztá(k) (pl. ilyen lehet egy arabinóz frakció), a pektin-frakció azonban még tartalmaz sókat. A találmány ezen foganatosítási módjánál az elválasztásra használt gyanta egy vegyértékű fém formára, pl. Na⁺ formára vagy H⁺ formára van hozva. A pektinfrakcióból ezután a sókat pl. ioncserével, membrán szűréssel vagy más kromatográfiás kezeléssel, többvegyértékú fém forrná ra hozott gyantán (pl. Ca²⁺, Al³⁺) távolítjuk el.

A kromatográfiás elválasztásra alkalmas vízoldható pektines anyagot pl. úgy állítjuk elő, hogy a cukorrépa-pépet vagy más, pektint tartalmazó nyersanyagot savasan vagy gyengén bázikus körülmények között hidrolizáljuk. A kapott hidrolizátum pektineket, pektin-cukrokat/oligomereket és sókat tartalmaz. A hidrolizátumtól a száraz szilárd anyagokat jellemzően szűréssel vagy derítéssel választjuk el, és a tiszta, pektintartalmú oldatot visszük tovább kromatográfiás elválasztásra. A szűrésen kívül centrifugálást, pörgetést (spinning) vagy derítő kezelést is alkalmazhatunk. Az oldat végső derítését “pre-coat” szűréssel is végezhetjük megfelelően megválasztott kiegészítő szűrőadalék alkalmazásával.

Ha cukorrépa-pépből indulunk ki, a hidrolízist rendszerint sav jelenlétében végezzük, és savas cukorrépa-pép hidrolizátumot kapunk. A hidrolízist rendszerint 100 °C alatti, pl. 75 °C hőmérsékleten, normál nyomáson, pl. sósavval, kénsavval vagy salétromsavval, általában kb. 1,5 pH értéken folytatjuk le. A hidrolízis időtartama pl. 3 óra lehet A hidrolizátumból a száraz szilárd anyagokat pl. szűréssel, centrifugálással, pörgetéssel vagy derítő kezeléssel távolítjuk el és kapjuk a tiszta, pektin tartalmú oldatot.

Ha lúgos hidrolízist végzünk, akkor a hidrolízis enyhe körülmények között, viszonylag alacsony hőmérsékleten (pl. 0 és 30 °C között), jellemzően 10-13 pH értéken folytatjuk le.

Az így kapott hidrolizátumot visszük fel a kromatográfiás oszlopra mint pektin tartalmú oldatot.

A kromatográfiás oszlopra felvitt pektintartalmú oldat pHértéke rendszerint 5 alatti, előnyösen 4 alatti, legelőnyösebb esetben 1,5 és 3 közötti.

A találmány szerinti kromatográfiás elválasztást rendszerint 40-90 °C, előnyösen 50-80 °C, legelőnyösebb esetben 65-80 °C hőmérsékleten végezzük.

A találmány szerinti kromatográfiás elválasztásnál előnyösen vizet használunk.

A kromatográfiás elválasztást méret kizárásos, ion kizárásos vagy ion késleltetéses elven működő gyanta alkalmazásával végezzük. Méret kizárásos módszernél a nagy molekulatömegű pektineket választjuk el a kisebb molekulatömegü cukroktól és sóktól. A gyantán a kisebb molekulatömegü cukrok adszorbeálódnak, s így választhatók el a pektintől. A kromatográfiás oszlopról lejövő első frakció rendszerint a pektines frakció, a második frakció pedig a kis molekulatömegü cukrokat és sókat tartalmazza.

Az ionkizárás esetében az ionos vegyületek (a jelen találmány esetében főként a hidrolízis céljából használt sav ionjai) nem kerülhetnek a szilárd fázisba (gyanta).

Az ion késleltetés azt jelenti, hogy az ionizáló anyagok lassan haladnak át a kromatográfiás oszlopon.

Ha a gyantát egy vegyértékű ionos (H⁺, Na⁺) formában használjuk, az ionok (sók) az oszlopról részben ugyanabban a retenciós térfogatban jönnek le, mint a nagy molekulatömegű pektin, következésképp a monoszacharid frakció, mely később eluálódik, ionmentes, vagyis igen tiszta monoszacharid-frakciót (pektin-cukor/oligomer frakció) kapunk. Ennél a foganatosítási módnál a pektin-frakció tartalmaz bizonyos mennyiségű iont; ennek ion-mentesítését (só-mentesítés) membrán segítségével vagy ioncserés módszerrel végezhetjük el.

Ha a gyantát két vagy három vegyértékű ionos formában használjuk, az ionok nem egyforma erővel szorulnak ki a gyantáról, s emiatt a kromatográfiás oszlopra bocsátott oldatban az ionok retenciós ideje megnő; következésképp tisztább pektinfrakciót kapunk. Ha a gyantát Ca²⁺ formában alkalmazzuk, az ionok a nagy molekulatömegü és a kis molekulatömegü vegyületek között (tehát a pektin és a cukrok között) eluálódnak. Ha a gyantát Al³ formában használjuk, akkor az ionok részben a monoszacharidokkal együtt vagy ezek után eluálódnak, s ezáltal igen tiszta pektin-frakciót kapunk.

A kromatográfiás elválasztást kationcserélő gyantán, előnyösen erős kationcserélő gyantán végezzük. A kationcserélő pl. térhálós sztirol-divinil-benzol kopolimer gyanta lehet, mely használható Na* vagy H⁺ formában vagy többvegyértékú fém kation (pl. Ca²*, Mg²*, Pb²* vagy Al³*) formában.

Ha a lehető legtisztább pektint kívánjuk előállítani, a gyantát előnyösen többvegyértékú fém formában, pl. Al³* formában alkalmazzuk.

A kationcserélő gyanta térhálósítottságának mértéke rendszerint 3-12% DVB, előnyösen 4-8 % DVB, részecskemérete pedig 0,1-2 mm, előnyösen 0,2-0,4 mm.

A kromatografálás során a pektin-frakciót és a pektin cukrokat/oligomereket tartalmazó frakció(ka)t nyerjük ki. Rendszerint először a pektin-frakciót, ezt követően pedig a cukorfrakció(ka)t kapjuk. Kívánt esetben ezeket a föfrakciókat továbbtisztíthatjuk.

A kromatografálásnál kapott frakciókat, főként a pektinfrakciót pl. ioncserével tisztíthatjuk. A kezelést előnyösen erős kationcserélö és gyenge anioncserélő kombinációjával végezhetjük. Az ioncserével pl. az esetleges sókat távolítjuk el. Az ioncserét a kapott cukorfrakciók tisztítására is használhatjuk.

A savas pektinoldatot részben vagy teljesen fém-sókkal vagy -hidroxidokkal (pl. nátrium-hidroxiddal) semlegesíthetjük a kromatografálás után, rendszerint az ioncserés lépés során. A pektin (pH = 3-4,5) fémsóként részben neutralizálva adja a pektint a legstabilabb formában, vagyis a semlegesítési lépés a pektin stabilitását is javítja.

A találmány szerinti eljárásban membrán-szűrési lépést is alkalmazhatunk akár a kromatográfiás frakcionálás előtt, akár az után. Az esetleges sókat ultraszűréssel távolíthatjuk el. Ha a kromatográfiás elválasztást követően kerül sor ultraszűrésre, akkor azt rendszerint a pektin-frakción alkalmazzuk, bár a cukor-frakciók is ultraszúrhetők. Az ultraszürésnél alkalmazott frakcióméret (cut-off size) 1000 - 30 000 Da, előnyösen 10 000 30 000 Da.

Ha az ultraszúrésre a kromatográfiás elválasztás előtt kerül sor, ez akkor célirányos megoldás, ha a nyersanyag nagy mennyiségben tartalmaz sókat; ilyenkor ugyanis már ebben a lépésben eltávolítjuk a nem kívánt sóknak legalább egy részét.

A találmány szerinti eljárásban adszorbenssel történő kezelést is alkalmazhatunk, akár a kromatografálás előtt, akár ez után (vagyis kezelhetjük adszorbenssel a pektin tartalmú oldatot, mielőtt azt felvinnénk az oszlopra, illetve kezelhetjük adszorbenssel a kromatográfiás elválasztással kapott valamely frakciót). Adszorbensként rendszerint aktív szenet vagy adszor bens gyantát alkalmazunk. Az adszorbenssel színtelenítünk, illetve a mellékízt szüntetjük meg.

A találmány szerinti eljárással előállított cukorrépa-pektin molekulatömege 10 000 és 60 000 Da között változik. A termék átlátszósága (1 %-os pektinoldatban mért fényátbocsátás 655 nm hullámhosszon) 92-98 %-os, ami lényegesen magasabb a kommersz pektinekénél (38,5 és 39,2 %). A termék oldhatósága is jó. A termék ferulsav tartalma (4-hidroxi-3-metoxi-fahéjsav tartalom) 0,4-0,8 % a száraz anyagtartalomra számolva.

Az így kapott pektin-oldatban a pektin kémiailag módosítható, pl. térháIósítható. A térhálósítást, előnyösen kovalens térhálósítást pl. valamely oxidáz segítségével (pl. laccase segítségével) végezhetjük.

Az így kapott pektin-oldatot kereskedelmi termékké száríthatjuk. A szárítást rendszerint porlasztva szárítással vagy hengerléssel végzett szárítással oldjuk meg. Szükség esetén a szárított pektint porítjuk, granuláljuk és megfelelő részecskeméretre szitáljuk. A pektin készterméket csomagoljuk és száraz helyen tároljuk. A pektinből cukor-oldattal stabil cukor-pektin koncentrátumot is készíthetünk, melyet gyümölcslevek stabilizálására hasznáhatunk.

A kis molekulatömegü pektin-cukrokat/oligomereket, mint amilyenek az arabánok, arabino-oligoszacharidok és az arabinóz a kromatográfiás elválasztásnál kapott pektincukor/oligomer frakció(k)ból nyerjük ki. A cukrokat cukoroldat formájában kapjuk, melyet sziruppá sűríthetünk (száraz anyagtartalom pl. 50-60 %), vagy amelyet a fent leírt vagy más módszerekkel tovább tisztíthatunk és frakcionálhatunk.

A találmány szerinti eljárásban kiindulási anyagként rendszerint cukorrépa eredetű anyagot alkalmazunk, de használhatunk citrus- vagy alma-alapú anyagot vagy szója eredetű anyagot is.

Ha kiindulási anyagként cukorrépa-alapú nyersanyagot használunk, akkor ez előnyösen biológiailag tartósított cukorrépa-pép. A tartósítást rendszerint úgy végezzük, hogy a pép pHértékét 3,5-4,5-re csökkentjük, majd a pépet oxigénmentes körülmények között tároljuk. A WO 99/10384 számon publikált nemzetközi szabadalmi bejelentés eljárást ismertet biológiailag tartósított cukorrépa-pép előállítására.

A biológiailag tartósított cukorrépa-pépet rendszerint a következőképpen nyerjük: a friss, kisajtolt cukorrépa-pép - melyből a cukrokat extrahálták, és amelynek a szárazanyag-tartalma kb. 20-25 tömeg% - pH-értékét kb. 4-re csökkentjük, előnyösen úgy, hogy a péphez megfelelő savas oldatot keverünk. A szerves savak (pl. hangyasav, tejsav, ecetsav és/vagy ezek keveréke) jól és egyszerűen használhatók. Kaphatók továbbá savkeverékek, mint amilyen az “Ensimax”, mely hangyasavból és lignoszufonátból áll, vagy a “silósav” (silage acid, AIV acid), mely főként hangyasavat tartalmaz. A savas kezelést előnyösen rögtön a sajtolás után végezzük el, amikor a pép hőmérséklete kb. 60 °C. A savval kezelt pépet - melynek pH-ja kb. 4 - elönyö sen légzáró csomagba, pl. műanyag zsákba, műanyag csőbe tesszük és hagyjuk stabilizálódni.

A találmány szerinti eljárásban szárított cukorrépa-pépet is hasznosíthatunk nyersanyagként, melyet a fenti módon, hidrolízissel vihetünk oldatba.

A találmány tárgya kiterjed a találmány szerinti eljárással előállított pektin termékekre és a pektin-cukor/oligomer termékekre is.

A következőkben a találmányt részletes, de nem korlátozó jellegű példákkal szemléltetjük.

A példákban a kromatográfiás elválasztásokhoz Korela V06C gyantát alkalmaztunk (gyártó: Finex Oy, Finnország). Az élelmiszer minőségi követelményeknek megfelelően ez egy géltípusú, szulfonált, térhálós (4 % DVB) polisztirol-divinil-benzol kopolimer gyanta és erős kationcserélő. A gyanta átlagos részecskemérete 0,25 mm, kapacitása: 1,08 ekvivalens/dm³. A gyantát hidrogén vagy fém formában használtuk.

Ioncserélő gyantaként erős kationcserélöket, pl. Purolit C 150 TL gyantát (gyártó: Purolite Ltd., USA) és gyenge anioncserélőket, pl. Purolite A 103 S gyantát (Purolite Ltd., USA) használtunk. A kationcserélöt sósavval, az anioncserélőt nátriumhidroxiddal regeneráltuk. Az ioncserés műveleteket szobahőmérsékleten végeztük.

A példákban használt analitikai módszerek a következők:

- galakturonsav: spektrofotometriás módszer (Blumenkrantz, N & Asboe-Hansen, G., New method for quantitative determination of uronic acids, Anal. Biochem., 54 (1973) 484-489) vagy HPLC;

- mono- és oligoszacharidok: HPLC, Pb⁺⁺;

- száraz anyagtartalom és az oldatok töménysége tömeg%ban: az oldatok törésmutatójának mérése (automata refraktométer GRP 11-37);

- vezetőképesség: szokásos konduktométer (Radiometer CDM 92);

- pH: Radiometer PHM92;

- a kinyert polimerek molekulatömege: gélkromatográfia.

1. példa

A kiindulási anyagként használt cukorrépa-pép hidrolizátum előállítása (a 2-5. példák szerinti frakcionáláshoz) (1) Biológiailag tartósított cukorrépa-pép előállítása

1000 kg frissen kipréselt cukorrépa-pépet (száraz anyagtartalom kb. 22 %) 4 I “Ensimax” savkeverékkel (gyártó: Kemira Oy, Finnország) kezelünk. A savkeverék 30 tömeg% hangyasavat (85 %-os), 20 tömeg% ecetsavat (80 %-os) és 50 tömeg% lignoszulfonátot (37 %-os) tartalmaz. Keveréskor a cukorrépapép hőmérséklete 50-60 °C; a keverést propeller keverővei kb. 1 percig végeztük. A keveréket 0,25 mm-es polietilén fóliából készült jól záró műanyag zacskóba csomagoltuk, majd a szabadban hagytuk lehűlni és stabilizálódni és ugyancsak a szabadban tároltuk.

(2) A cukorrépa-pép hidrolízise

A fenti módon kezelt, és 4 hónapig tárolt cukorrépa-pépet használtuk kiindulási anyagként. Savas hidrolízis céljából 17 kg cukorrépa-pépet (száraz anyagtartalom: 2,89) 70 I ioncserélt vízzel (85 °C) elkeverünk és az oldat pH-értékét sósavval 1,5-re állítjuk be. 3 óra elteltével a hidrolízist hűtéssel leállítjuk.

A hidrolízis után a száraz szilárd anyagokat először acél dróthálón való átszüréssel eltávolítjuk, majd az oldatot zsákos vagy tárcsás szűrő alkalmazásával derítjük. A tiszta szúrletben az oldható komponensek a következők: nagy molekulatömegú pektin, kis molekulatömegú arabino-oligomerek, L-arabinóz és sók.

2. példa

A pektin és a poliszacharidok kromatográfiás elválasztása Na⁺ formára hozott gyantán és a pektin tisztítása ultraszúréssel.

Kiindulási anyagként cukorrépa-pép-hidrolizátumot használunk, melyet az 1. példában leírt módon állítunk elő, azzal a különbséggel, hogy a hidrolízist salétromsavval végezzük. A hidrolizátum szárazanyag-tartalma: 2,8 %.

A hidrolizátumot szulfonált polisztirol-divinil-benzol kopolimer gyantával (térhálósítási fok: 4 %) töltött oszlopon kromatografáltuk. A kromatográfiás elválasztás paraméterei a következők: gyanta Na⁺ formában; a gyanta részecskék átlagos átmérője: 0,25 mm; a gyanta-ágy magassága 1,7 m; az oszlop átmérője; 9,5 cm, hőmérséklete; 65 °C; a gyanta-ágy térfogata: 11,9 dm³; áramlási sebesség: 50 ml/perc; betáplált térfogat: 1000 ml; a betáplált oldat pH-értéke: 1,5; konduktivitása: 12,3 mS/cm; a betáplált oldat szárazanyag-tartalma; 2,8 %; eluens: víz.

A kromatográfiás elválasztás eredményeit az 1. ábra mutatja. Az első frakciót a 4-6. retenciós térfogat egyesítésével kaptuk; ez poligalakturonsavat (pektin) és ionos molekulákat (sók) tartalmazott. A kis molekulatömegű cukrokat a 2. frakció tartalmazta, melyet a 7-10. retenciós térfogatok egyesítésével kaptunk.

A tiszta pektint a pektines frakcióból (4-6. retenciós térfogat) nyertük ki, ultraszúréssel választva el azt a sóktól. Az ultraszűrést AN620 poliakrilnitril membránon (gyártó: PCI), 50-60 °C hőmérsékleten végeztük. A membrán 25 000 Da mérethatárral (cut-off point) működik.

A permeátum tartalmazza a sókat és a kis molekulatömegű egyéb komponenseket, a koncentrátum tartalmazza a nagy molekulatömegú pektint. A koncentrátum szárazanyag-tartalma kb. 4-5 %.

3, példa

A pektin és a poliszacharidok kromatográfiás elválasztása H formára hozott gyantán és a pektin tisztítása ioncserével.

Kiindulási anyagként cukorrépa-pép-hidrolizátumot használunk, melyet az 1. példában leírt módon állítunk elő, azzal a különbséggel, hogy a hidrolízist salétromsavval végezzük. A hidrolizátum szárazanyag-tartalma: 1,9 %. A kromatografáláshoz használt gyanta a 2. példában leírthoz hasonló, azzal a különbséggel, hogy itt H⁺ formában volt. A kromatográfiás elválasztás paraméterei is hasonlók a 2. példában megadottakhoz, de itt a hidrolizátum konduktivitása 7,5 mS/cm és pH-értéke 2,0.

A kromatográfiás elválasztás eredményeit a 2. ábra mutatja. Az 1. frakció - mely a 4-7,5 retenciós térfogatok egyesítésével jött létre - tartalmazza a poliglakturonsavat (pektin) és a sókat. A kis molekulatömegü cukrokat a 8-10. retenciós térfogatok tartalmazzák.

Az oszlopról eluált pektin-frakciót erős kationcserélő és gyenge anioncserélő kombinációját alkalmazva tovább tisztítjuk az ioncserével a sókat távolítjuk el. Erős kationcserélőként

Purolite C 150 TL, gyenge anioncserélőként Purolite A 103 S gyantát alkalmazunk. A kationcserélő és anioncserélő kombinációja az oldatból mind a kationokat, mind az anionokat eltávolítja. A tisztított pektin-oldatot kinyerjük.

4. példa

A pektin és poliszacharidok kromatográfiás elválasztása Ca⁺⁺ formára hozott gyantával

Kiindulási anyagként cukorrépa-pép hidrolizátumot használunk, melyet az 1. példában leírt módon állítunk elő, azzal a különbséggel, hogy a hidrolízist kénsavval végezzük. A kapott hidrolizátum pH-értékét 4,0-ra állítjuk be. A kromatografálásnál használt gyanta a 2. példában leírthoz hasonló, azzal a különbséggel, hogy itt Ca⁺⁺ formában volt. A kromatográfiás elválasztás paraméterei is hasonlók a 2. példában megadottakhoz, de itt a hidrolizátum konduktivitása 5,3 mS/cm, pH—értéke 4 és az áramlási sebesség 50 ml/perc.

Az eredményeket a 3. ábra mutatja. Az első frakció (3,5-5,5 retenciós térfogat) tartalmazza a pektin zömét, a következő frakció (5,5-7,5 retenciós térfogat) tartalmazza a sókat és a harmadik frakció frakció (8-10 retenciós térfogat) tartalmazza a tiszta cukoroldatot, mely az arabinózt tartalmazza.

A pektin-frakciót besűrítjük és a pektint porlasztva megszárítjuk.

A cukoroldatot sziruppá sűrítjük, melynek szárazanyagtartalma 50-60 %. A kapott szirup pl. aroma-prekurzorként használható vagy tovább frakcionálható.

5. példa

A pektin és poliszacharidok kromatográfiás elválasztása Al³⁺ formára hozott gyantával.

Kiindulási anyagként cukorrépa-pép hidrolizátumot használunk, melyet az 1. példában leírt módon állítunk elő (a hidrolízist kénsavval végezzük; pH: 1,5; hőmérséklet 75 °C; idő: 2,5 óra).

A hidrolizátumot IMAC C16 kationcserélő gyantán bocsátjuk át, mely hidrogén formára van hozva. A kationcserélő gyantát pH 2,9 értékre neutralizáljuk kálium-hidroxiddal. Törésmutató alapján a száraz anyagtartalom 1,6 %, a konduktivitás 8,6 mS/cm.

A kromatográfiás elválasztást 1 m magas, 4,5 cm átmérőjű oszlopon végeztük, Korela V06C gyantát alkalmazva (térfogat: 1 I; 4 % DVB; részecske átmérő 0,25 mm). A gyanta ágy-térfogata 0,75 I, a betáplált térfogat 80 ml.

A gyantát mossuk, ezután 3 gyanta ágy-térfogatnak megfelelő térfogatú 5 tömeg%-os sósav-oldattal hidrogén formára hoztuk, majd ioncserélt vízzel átmostuk. Ezután a gyantát a következőképpen hoztuk alumínium formára: először 3 gyanta ágy térfogatnyi 10 tömeg%-os alumínium-szulfát-oldatot bocsátottunk át a gyanta ágyon (1 gyanta ágytérfogat/óra sebesség), majd ugyanilyen sebességgel 1,5 gyanta ágy térfogatnyi 10 tömeg%-os alumínium-szulfát-oldatot (pH 1,5-re állítva) bocsátottunk át. A gyantát ioncserélt vízzel mostuk (8-10 gyanta ágy térfogat).

A kromatográfiás elválasztást 70 °C hőmérsékleten, 13 ml/perc áramlási sebességgel folytattuk le. A pektin hidrolizátumot az elválasztási hőmérsékletre melegítettük az oszlopra való felöntést megelőzően. A frakciók gyűjtését 15 perccel a pektin hidrolizátum oszlopra vitele után kezdtük el és egy percenként vettünk mintát. Az elválasztás eredményét a 4. ábra mutatja.

Az ábrán látható, hogy a nagy molekulatömegú pektines anyag - a méret kizárásnak köszönhetően - a 0,3 - 0,5 l-es retenciós térfogatban eluálódott. A konduktivitási görbe azt mutatja, hogy az oszlopra felvitt oldatban lévő ionok zöme 0,5 - 0,8 l-nél eluálódott. A monoszacharidok a kb. 0,4 - 0,7 l-es retenciós térfogatban vannak.

A pektines anyag és az ionok elválasztása hasonlóan történik, mint a Ca²⁺ formára hozott gyantán történő elválasztás; az Al formára hozott gyantán azonban a pektin és az ionok sokkal jobban elválaszthatók, vagyis az Al³⁺ gyantán nagyobb a felbontás.

6. példa

Citrus és alma eredetű pektin elválasztása

Kiinduási anyagként citrus eredetű pektin és alma eredetű pektin keverékét tartalmazó oldatot használunk. Az oldatot a következőképpen készítjük: 0,5 g kereskedelmi forgalomban lévő H&F Instant CJ204 pektin preprátumot (gyártó: Herstreich & Fox KG) és 0,5 g Herbapekt SF01 pektin preparátumot (gyártó: Herbstreich & Fox KG) vízben oldunk, az oldathoz 0,5 g glükózt és 0,5 g nátrium-szulfátot adunk.

A kromatográfiás elválasztást az 5. példában leírthoz hasonlóan végeztük.

A kísérlet eredményeit az 5. ábra mutatja. Az eredményekből látható, hogy az almából és citrus gyümölcsből nyert nyersanyag pektines frakciókra és só frakciókra választható szét a találmány szerinti eljárással.

A szakember számára nyilvánvaló, hogy a technológia fejlődésével a találmányi alapgondolat sokféleképpen vihető át a gyakorlatba. A találmányt és foganatosítási módjait nem kíván juk a fenti példákra korlátozni; ezek az oltalmi körön belül változhatnak.

Claims

Szabadalmi igénypontok

1. Eljárás pektin tartalmú növényi anyagnak pektin tartalmú vizes oldat formájában történő feldolgozására, azzal jellemezve, hogy a pektin tartalmú oldatot kationcserélö gyantával töltött kromatográfiás oszlopra visszük és a pektin tartalmú oldatot eluensként vizet használva - szétválasztjuk egy olyan frakcióra, melynek pektin tartalma magasabb, mint a kromatográfiás oszlopra felvitt pektin tartalmú oldaté, és legalább még egy további frakcióra.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a legalább még egy további frakció egy olyan frakció, melynek sótartalma magasabb, mint a kromatográfiás oszlopra felvitt pektin tartalmú oldaté.
3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a legalább még egy további frakció egy olyan frakció, melynek sótartalma magasabb, mint a kromatográfiás oszlopra felvitt pektin tartalmú oldaté, és olyan további frakció(k), mely(ek)nek a pektin-cukor/oligomer tartalma magasabb, mint a kromatográfiás oszlopra felvitt pektin tartalmú oldaté.
4. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a legalább még egy pektin tartalmú frakció olyan frakció(ka)t jelent, mely(ek)nek a pektin-cukor/oligomer tartalma magasabb, mint a kromatográfiás oszlopra felvitt pektin tartalmú oldaté.
5. Az előző igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kromatográfiás elválasztást méret-kizárásos, ion-kizárásos vagy ion-késleltetéses elven működő kationcserélö gyantán végezzük.
6. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kromatográfiás elválasztást többvegyértékű fém formára hozott kationcserélő gyantán végezzük.
7. A 6. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fém Ca²⁺ vagy Al³⁺.
8. Az 1. vagy 4. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kromatográfiás elválasztást H⁺ formára hozott kationcserélő gyantán végezzük.
9. Az 1. vagy 4. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kromatográfiás elválasztást Na⁺ formára hozott kationcserélő gyantán végezzük.
10. A 6-9. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kromatográfiás elválasztást erős kationcserélő gyantán végezzük.
11. A 10. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy kationcserélő gyantaként térhálós sztirol/divinil-benzol kopolimer gyantát alkalmazunk.
12. A 11. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gyanta térhálósodottság mértéke 3-12 % DVB, előnyösen 4-8 % DVB.
13. Az 1-12. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gyanta részecskemérete 0,1 - 2 mm, előnyösen 0,2 - 0,4 mm.
14. Az előző igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kromatográfiás oszlopra felvitt pektin tartalmú oldat szárazanyag-tartalma 1-20 %, előnyösen 2-10 %, legelőnyösebb esetben 1,5-5 %.
15. Az előző igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kromatográfiás oszlopra felvitt pektin tártál mú oldat pH-értéke 5 alatti, előnyösen 4 alatti és a legelőnyösebb esetben 1,5-3 közötti.
16. Az előző igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kromatográfiás elválasztást 40-90 °C hőmérsékleten, előnyösen 50-80 °C-on és a legelőnyösebb esetben 65-80 °C-on végezzük.
17. Az előző igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kromatográfiás elválasztás után ioncserés kezelést is alkalmazunk.
18. A 17. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az ioncserés kezelést erős kationcserélő és gyenge anioncserélő kombinációjával végezzük.
19. Az 1-16. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kromatográfiás elválasztás előtt vagy után membrán-szűrést is alkalmazunk.
20. A 19. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy membrán-szúrésként ultraszűrést alkalmazunk.
21. A 20. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az ultraszűrésnél 1000-30 000 Da frakció-mérettel (cut-off size) dolgozunk.
22. Az 1-16. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kromatográfiás elválasztás előtt vagy után adszorbenssel való kezelést is végzünk.
23. Az előző igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kapott pektint kémiailag módosítjuk.
24. A 23. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a pektint térhálósítjuk.
25. Az előző igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kapott pektinoldatot beszárítjuk.
26. Az előző igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a nyersanyagként használt pektin tartalmú növényi anyagot cukorrépa-pépből nyerjük.
27. A 26. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a nyersanyag biológiailag tartósított cukorrépa-pép, melyet a pép pH-értékének 3,5-4,5-re történő csökkentésével, majd a pép lényegében oxigénmentes körülmények között való tárolásával nyerünk.
28. Az 1-25. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a nyersanyagként használt pektin tartalmú növényi anyagot citrus gyümölcsből vagy almából nyerjük.

A meghatalmazott:

DANUBIA

Szabadalmi és Védjegy Iroda Kft. dr. Török Ferenc szabadalmi ügyvivő