BE661732A - - Google Patents

Description

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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.

Claims (1)

1. RESUME Procédé de conversion de matières amylacées brutes en produits contenant du dextrose, caractérisé par les points suivants, séparément ou en combinaisons : 1) 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 sen- siblement tout l'amidon dans la matière amylacée brute; à refroidir la solution d'amidon liquéfié à une tempéra- ture d'environ 59 à 60 C ; à régler le pH de cette solu- tion à une valeur d'environ 4,8 à 5,1 ; à ajouter à cette solution une amyloglucosidase sensiblement exempte de l'activité protéasique, lipasique et transglucosidasique;

   et à maintenir le mélange résultant à une température d'environ 59 à 60 C pendant 62 à 96 heures environ.

   2) Le mélange d'eau et de la matière amylacée brute renferme environ 1,3 à 1,6 litre d'eau par kg de matière brute mesurée en solides secs.

   3) On utilise l'amylase en une quantité qui équivaut à environ 0,09 à 0,12 % par rapport au poids des solides secs dans la matière amylacée brute, cette amylase ayant une puissance telle que 1 mg d'enzyme donne environ 100 mg <Desc/Clms Page number 13> de maltose à partir de 1000 mg d'amidon dans les condi- - tions normalisées de titrage.

   4) On utilise une amyloglucosidase sensiblement exempte d'activité protéasique, lipasique et transgluco- sidasique, à une concentration d'environ 154 à 209 unités par kg de solides secs dans la matière amylacée brute.

   5) L'amylase est une alpha-amylase,