NO130991B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte ved fremstilling av maltitol.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte ved fremstilling av 4-( cx-D-glucopyranosyl) -D-sorbitol, også kalt maltitol, som er et høytrykkshydrogenreduksjonsprodukt av maltose.

Den kjente metode ved hvilken maltitol hittil er blitt fremstilt, går ut på å fjerne dextrin, f.eks. ved alkoholfraksjoner ing, fra maltose med en renhet på over 60%, hvilken maltose fremstilles ved nedbrytning av stivelse ved hjelp av maltamylase, omkrystalli-sering av den dextrinfrie maltose adskillige ganger for å oppnå en renhet på ca. 90% og derefter redusere denne meget rene maltose ved hydrogenering under høytrykk. Denne kjente fremgangsmåte er uhensiktsmessig derved at den ikke egner seg til anvendelse i teknisk målestokk da den gir dårlig utbytte og medfører høye prod-uksjonsomkostninger .

Formålet ved foreliggende oppfinnelse er å avhjelpe disse ulemper og fremskaffe en fremgangsmåte ved hvilken maltitol kan fremstilles billig i teknisk målestokk.

Foreliggende fremgangsmåte kjennetegnes ved at man fullstendig forklistrer og oppløser en 3 - 30%-ig stivelsesoppslemning til en D.E.-verdi på høyst 5. fortrinnsvis 1-2, hvorefter man behandler den erholdte stivelsesoppløsning med a-1,6-glucosidase og 8-amylase under dannelse av maltose, og derefter katalytisk hydrogenerer den dannede maltose ved en temperatur på 80 - 150°C og et trykk på 20 - lOO kg/cm under anvendelse av Raney-nikkel, slik at hvert mol maltose opptar 1 mol hydrogen.

Ved foreliggende fremgangsmåte fremstiller man således maltitol ved å nedbryte forgrenede stivelsesarter til rettkjedede amyloseforbindelser ved anvendelse av a-1,6-glucosidaser (isoamylase og pullulanase), hvilke enzymer f.eks. fremstilles ved dyrkning av stammer av Aerobacter aerogenes, og hvilke enzymer spesifikt angriper a-1,6-glucosidbindingene i stivelseamylopectin og derved samvirker med den amylolytiske virkning av (3-amylase til dannelse av maltose med en renhet på nesten 100%, hvorpå maltosen reduseres ved høytrykkshydrogenering under anvendelse av Raney-nikkel.

Til belysning av det ovenstående kan nevnes at ved et for-søk (A) ble en 10%-ig batatstivelsesoppslemning forvæsket med a-amylase til D.E. 2,7%, 25 enheter 8-amylase pr. g stivelse ble tilsatt, og blandingen ble så forsukret ved 55° C i 16 timer. Et annet forsøk (B) ble en tilsvarende forsukring utført under tilsetning av 25 enheter (3-amylase og IO enheter a-1,6-glucosidase pr. g stivelse. Sammensetningen av de erholdte forsukrede oppløsninger er angitt i nedenstående tabell. Det viste seg at når |3-amylase ble anvendt alene (A), hadde den forsukrede oppløsning et maltoseinnhold på 69,6%, men når p-amylasen ble anvendt i kombinasjon med a-1,6-glucosidase (B), lå maltoseinnholdet i den erholdte oppløsning på over 90%.

Ved hydrogeneringen av maltose oppløses maltosen i vann til

en 40 - 60%-ig vandig oppløsning, og der anvendes Raney-nikkel ("N154" (varemerke) fra Nikki Kagaku) som katalysator i en mengde på 8 - 10%, beregnet på den vandige oppløsning. Hydrogen føres inn i oppløsningen ved et trykk pa o 20 - 100 kg/cm 2, mens temperaturen litt efter litt økes til 100 - 120°C. Ved denne hydrogenering hender det under tiden at oppløsningens pH faller, og at reaksjonen blir langsommere. Hvis dette inntrer, vil der skje en nedbrytning av maltose, og utbyttet av maltitol reduseres til ca. 90% under dannelse av ca. 8% sorbitol. Ved forsøkene reguleres derfor opp-løsningens pH under hydrogeneringen i et forsøk på å forbedre utbyttet. Utbyttet økes imidlertid bare litt, nemlig til 93%- Det ble da forsøkt å tilsette calciumcarbonat som moderat nøytralisa-sjonsmiddel til den som utgangsmateriale anvendte maltose i en mengde på 0,06 - 0,3%, beregnet på maltosen. Herved oppnåddes en nedsettelse av sorbitoldannelsen til 1,6%, hvilket viser at ned-brytningen av maltosen er forhindret, og en forøkelse av maltitol-utbyttet til over 96%. Resultatet er således tilfredsstillende både med hensyn til renhet og med hensyn til utbytte.

Ved en utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen nedbrytes lOO kg dehydratisert stivelse i form av en 3%-ig vandig opp-løsning ved hjelp av varme, og den forgrenede dextrinstruktur nedbrytes til en uforgrenet struktur ved tilsetning av a-1,6-glucosi-dase, hvorpå der forsukres med p-amylase. Stivelsen nedbrytes på denne måte hovedsakelig til maltose, hvorved man får 103 ^3 maltose med en renhet på 95%.

Ved hydrogenering gir maltosen 103,5 kg maltitol med en renhet på 95%.

Når forsukringen utføres uten tilsetning av a-1,6-glucosidase, men bare med f3-amylase, nedbrytes maltosen i den forsukrede oppløs-ning under dannelse av a- og (3-grensedextriner. Ved bestemmelse av de forskjellige saccharider ved papirkromatografi ble det konstatert at produktet inneholder 50% maltose, 30% dextriner og 20% oligosaccharider.

Hvis den forsukrede oppløsning i dette tilfelle hydrogeneres, gir den 102 kg av et reduksjonsprodukt som er. en blanding av sukkeralkoholer bestående av 50% maltitol, reduserte oligosaccharider og reduserte dextriner, Å fremstille maltitol av høy renhetsgrad ut fra dette reduksjonsprodukt er vanskelig på grunn av de dermed for-

bundne industrielle problemer, som nevnes nedenfor.

Til fremstilling av maltitol av høy renhet uten anvendelse

av a-1,6-glucosidase må maltosen isoleres fra den forsukrede oppløs-ning ved alkoholfraksjonering og omkryst alliseres. Når behandlingen gjentaes flere ganger til fremstilling av maltose med samme renhet på 95% som oppnåes ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, fremstilles der fra lOO kg stivelse bare 3 kg maltose med renhet 95%. Ved hydrogenering gir produktet 3 kg 95%-ig maltitol. Utbyttet er således for lavt, produksjonsmetodene egner seg ikke til teknisk produksjon, og produktet er for dyrt.

Som nevnt ovenfor, muliggjør foreliggende fremgangsmåte fremstilling av maltitol av høy renhet og i godt utbytte i teknisk produksjon, hvorved produktet kan fåes billig, hvilket aldri har vært mulig ved den konvensjonelle fremstillingsmetode.

I det følgende beskrives fremstillingen av maltose mere detaljert. Det er kjent å fremstille maltose fra. stivelser ved for-vanskning av en stivelse og forsukring av den erholdte væske under tilsetning av maltenzym, dvs. en blanding av hovedsakelig a- og amylase. Ved denne kjente metode er maltoseinnhoIdet i de forsukrede produkter høyst 50 - 60%. Produktene inneholder vanligvis store prosentandeler av proteiner og grensedextriner. På grunn av det lave maltoseinnhoId og det høye innhold av forurensninger er det overordentlig vanskelig å rense produktene bare ved enkle omkryst a 11 isas jonsmet oder .

En faktor som gjør det umulig å oppnå fullstendig amylolyse av en stivelse til maltose ved den konvensjonelle fremgangsmåte, er dannelsen av grensedextriner inneholdende a-1,6-glucosidbindinger. Ved foreliggende fremgangsmåte løses dette problem idet der ved denne fremgangsmåte fremstilles ytterst ren maltose i høye utbytter fra stivelser ved selektiv nedbrytning av de a-1,6-glucosidbindinger som inneholdes i amylopectin, en bestanddel av stivelse, dvs. de a-1,6-glucosidbindinger som danner forgreningene i amylopectin med forgrenet molekylstruktur. Dette oppnåes ved å utnytte a-1,6-glucosidases spesifisitet hvorved amylopectinet omdannes til molekyler av amylosetypen, som utelukkende består av rettkjedede for-bindelser med a-1 ,4-glucosidbindinger, hvilket letter (3-amylasens innvi rkning.

Da (3-amylase er et enzym som er i stand til selektivt å an-gripe a-1,4-glucosidbindinger, som er de overveiende bindinger i stivelsesmolekylenes rette kjede, kan den fullstendig spalte amy-losen som utelukkende består av rettkjedede stivelsesmolekyler med a-1,4-glucosidbindinger. For amylopectins vedkommende gjør det seg imidlertid gjeldende at mens forgrenede molekylstrukturer i hoved-kjeden, som inneholder a-1,4-glucosidbindinger, kan nedbrytes av (3-amylase, inhiberer a-1,6-glucosidbindingene som utgjør knute-punktene, (3-amylasenedbrytningen, hvorved reaksjonen avbrytes. Det erholdte produkt kalles grensedextrin. Ved foreliggende fremgangsmåte oppnår man at når en stivelsesoppløsning utsettes for innvirkning av (3-amylase, angripes a-1,6-glucosidbindingene som har inhiberende virkning, selektivt ved tilsetning av en a-1,6-gluco-sidase under eller før reaksjonen, slik at Ø-amylasens innvirkning ikke avbrytes.

De a-1,6-glucosidaser som anvendes ved foreliggende fremgangsmåte, er slike som fremstilles ut fra gjærarter og vegetabilske materialer, og materialer av denne type er beskrevet som isoamylase eller R-enzym, men har vist seg å ha for liten virkning for praktisk anvendelse på dette område. Pullulanase (Biochem. Z. 334, 79 (196l)), som er utvunnet av Bender et al. i 1961, har en litt større aktivitet og er blitt anvendt til bestemmelse av stivelsesbestanddeler, men rapporten over dette arbeide beskriver bare pullulanases virkning på meget fortynnede st ivelsesoppløsninger, nemlig 1%-ige opp-løsninger eller oppløsninger med enda lavere konsentrasjon. Det er ikke hittil fremkommet opplysninger om oppdagelser som kunne føre til industriell anvendelse av dette materiale. Det er nu blitt inn-samlet prøver av kulturer og jordbakterier på mange forskjellige steder med henblikk på å finne organismer som produserer enzymer med a-1,6-glucosidasevirkning, og efter gjentatte forsøk og undersøkelser er det funnet adskillige bakterietyper som produserer ytterst aktive enzymer av denne klasse, nemlig bakteriestammer av slektene Escheri-chia, Pseudomonas, Lactobacillus, Micrococcus, Nocardda etc. Blant de ved de første utvelgelsesforsøk valgte bakterier har bakterier av slektene Pseudomonas og Lactobacillus vist seg å være særlig egnet til oppfinnelsens formål. De av disse bakteriearter produserte enzymer er noe forskjellige fra hverandre med hensyn til substrat-spesifisitet og enzymatiske egenskaper. Muligheten for å anvende disse enzymer enten hver for seg eller i blanding er blitt undersøkt, og det har vist seg at der ved anvendelse av pullulanase sammen med det enzym som dannes av en stamme av slekten Pseudomonas, fåes gode resultater.

Ved foreliggende fremgangsmåte kan de vanlige i handelen værende stivelsesarter, f.eks. rnaisstivelse, potetstivelse, batatstivelse og "waxy corn"-stivelse, anvendes. Stivelsen oppløses ved å oppvarme stivelsesoppslemningen til lOO - 180°C eller ved å tilsette a-amylase og forvæske blandingen under varmetilførsel eller ved å gjøre oppslemningen svakt sur og derefter forvæske stivelsen ved oppvarmning. I alle tilfelle skjer der ved forvæskningen eller den termiske oppløsning av stivelse en spaltning av stivelsesmole-kylene til mindre molekyler hvorav noen vil ha et ulikt antall glucoseenheter, og derfor vil, selv om stivelsen er blitt fullstendig amylolysert med (3-amylase, de molekyler som består av et ulikt antall glucoseenheter, være spaltet til maltosemolekyler hver på to glucoseenheter under samtidig dannelse av 1 mol maltotriose eller glucose pr. molekyl av den forvæskede stivelse. Da derfor rnaltoseinnholdet i den fullstendig amylolyserte stivelse blir desto mindre jo finere utgangsstivelsesmolekylene er, foretrekkes det at stivelsen efter oppløsningen har en forholdsvis lav D.E.-verdi.

På den annen side forsterkes (3-amylases og a-1,6-glucosidases reaksjon med tiltagende amylolyse og fortynning av stivelsesoppløs-ningen. Dette betyr at stivelsens amylolyse må avbrytes på det minimumpunkt hvor det kan skje forsukring. Under hensyntagen til dette bør stivelsens D.E.-verdi på oppløsningstidspunktet ikke være over 5, fortrinnsvis 1-2. Når stivelsesoppløsningen skal forvæskes under anvendelse av varme i fravær av et forvæskende enzym, bør den oppvarmes kontinuerlig ved en temperatur på 180°C eller derunder, idet der forvæskes under omrøring og holdetiden bør være avpasset slik at der fåes en D.E.-verdi på ca. 1-2. Av samme grunn skal stivelsen når der anvendes et forvæskende enzym, forvæskes kontinuerlig ved en temperatur mellom 85 og 95°C, idet der taes hensyn til enzymets desaktivering som følge av varme, og holdetiden bør være begrenset til noen minutter av hensyn til D.E.-verdi-reguleringen. Ved forvæskning under anvendelse av en syre er der en tilbøyelighet til at D.E.-verdien stiger for sterkt. i dette tilfelle kan stivelsen forvæskes ved oppvarmning ved en pH-verdi i området fra ca. 4 til ca. 3,5.

En stivelsesoppløsning fremstilt efter en hvilken som helst

av de ovenfor beskrevne metoder har en meget høy viskositet , og ved

en stivelseskonsentrasjon mellom 20 og 30%, som ellers er særlig fordelaktig ved teknisk drift, blir oppløsningen gelaktig ved av-kjøling, og den resulterende retrogradering av amylosenx lekylene inhiberer det forsukrende enzyms reaksjon. Selv en oppløsning som ikke undergår retrogradering, bør ikke anvendes med en så høy stiv-elseskonsentras jon som 30% eller derover, fordi (3-amylasens virkning synes å være inhibert av substratet. En oppløsning med en stivelseskonsentrasjon i området fra 10 - 20% er derfor hensiktsmessig til anvendelse ved de efterfølgende behandlinger.

Ved en foretrukken utførelsesform av foreliggende fremgangsmåte går man frem på den måte at stivelsesoppslemningen efter fullstendig forklistring og oppløsning avkjøles til en temperatur mellom 45 og 6o°C og tilsettes a-1,6-glucosidase, hvoretter stivel-sesoppløsningen omrøres for å fremme reaksjonen og nedsettelse av viskositeten, og derefter tilsettes 6-amylase til den erholdte

reaksjonsblanding som gjennomblandes under omrøring inntil reaksjonen er tilendebrakt, og ved en annen foretrukken utførelsesform går man frem på den måte at stivelsesoppslemningen efter fullstendig forklistring avkjøles til en temperatur mellom 45 og 70°C og tilsettes (3-amylase, fortrinnsvis under hurtig omrøring, for å nedsette oppløsningens viskositet, hvorefter a-1,6-glucosidase tilsettes til den erholdte reaksjonsoppløsning, og reaksjonsblandingen holdes ved en temperatur mellom 45 og 6o°C inntil £3-amylolysen er tilendebrakt. Bakgrunnen for at disse utførelsesformer foretrekkes, er følgende: Som ovenfor nevnt, undergår forvæsket stivelse lett retrogradering, og det er derfor vesentlig hurtig å nedsette viskositeten ved amylolyse ved tilsetning av et forsukrende enzym ([3-amylase) °9 a-1,6-glucosidase, og å holde den ved en så høy temperatur som mulig. En gelatinisert stivelsesoppløsning må derfor kontinuerlig og øyeblikkelig avkjøles ved hjelp av en hurtigkjøler, f.eks. til 45 - 70 C, og ma umiddelbart derefter tilsettes enzym. Det er til dette formål hensiktsmessig å begynne med å tilsette en porsjon 6-amylase eller en a-1,6-gludosidase med forholdsvis høy varmebe-standighet produsert av en stamme av slekten Lactobacillus Tf .eks. Lactobacillus gayomii (ATCC 8289) eller Lactobacillus plantarum (ATCC 8008)] ved en forholdsvis høy temperatur på ca. 6o°C og derefter når viskositeten avtar, tilsette resten av enzymet. Ved den praktiske forsukring av stivelse er det også, avhengig av egen-

skapene av de enzymer som skal anvendes, viktig å utføre den inn-ledende omdannelse i løpet av et tidsrom på 20 - 60 minutter slik at enzymer av forskjellig art kan blandes sammen, og derefter av-kjøle oppløsningen til 45 - 50°C, og når resten av enzymene er blitt tilsatt og iblandet, overføre blandingen til en forsukringsbeholder. Da viskositeten på dette trinn fremdeles er høy, utføres den annen forforsukring fortrinnsvis med en holdetid på fra 1 til ca. 4 timer. For sukr ingen vil da forløpe i betraktelig utstrekning, og viskositeten vil falle slik at en meget viskøs forforsukret opp-løsning kan settes til en stor mengde av en sekundær mindre viskøs forforsukret oppløsning. Retrogradering unngåes således, og opp-løsningen holdes på en egnet temperatur ved hjelp av den kjøler som er anbrakt i forforsukringsbeholderen. På denne måte utføres iblandingen av enzymene og forsukringen hensiktsmessig, og oppløs-ningens viskositet nedsettes samtidig med at der unngåes retrogradering, hvorpå oppløsningen pumpes opp til forsukringsbeholderen til forsukring i chargevis drift. Da forsukringen tar 2-3 dager, holdes oppløsningen på en egnet temperatur mellom 45 - 50°C, og pH-verdien innstilles med enzymene på en verdi mellom 4,5 og 6,0. På denne måte kan forsukringen avsluttes.

Den på den ovenfor beskrevne måte fremstilte oppløsning er en sirup med et nettomåltoseinnhold på 92 - 94%, som dessuten inneholder glucose, maltotriose, etc. i en mengde på i alt 5%. Denne oppløsning kan lett filtreres og renses, og efter de etterfølgende behandlinger av vanlig karakter gir den en farveløs, klar sukker-oppløsning.

I noen tilfelle kan en meget liten mengde tilbakeværende høy-i-olekylært dextrin gjøre filtreringen og rensningen vanskelig. Dette skyldes bestrebelsene for å begrense forvæskningen av stivelse så meget som mulig og i overensstemmelse hermed oppnå et forøket maltoseinnhold. I dette tilfelle kan filtreringen lettes ved å tilsette en liten mengde a-amylase under forsukringen, hvorved dex-trinet nedbrytes.

Den på denne måte fremstilte rene maltose kan overføres til en autoklav og hydrogeneres ved et trykk på 20 - 100 kg/cm i nærvær av en Raney-nikkelkatalysator for å fremstille rent maltitol. Det har vist seg fordelaktig å utføre hydrogeneringen av den forsukrede oppløsning under anvendelse av en tungtoppløselig base. Ved anvendelse av en slik base unngåes en hurtig stigning av oppløsningens pH-verdi, hvorved spaltningsreaksjoner unngåes, og et høyt utbytte av maltitol fåes.

Undersøkelser vedrørende dette maltitols egenskape- for anvendelse som søtemiddel, har ført til følgende resultater:

1) Søthet

En panelprøve for å bestemme søtsmak ga som resultat at stoffets søthet er rund og moderat. Den søte smak forsvinner hurtig og gir ingen "tykk" eftersmak.

Maltitol er søtere enn druesukker, men er mindre søtt enn rør-sukker, idet maltitols søthet tilsynelatende er ca.75% av rør-sukkers søthet.

Panelprøven, hvori 30 bedømmende personer deltok, ga følgende result at er:

A) Signifikant forskjell.

Den signifikante forskjell bestemmes ved en "paired preference test" på følgende grunnlag:

1. Ligning

hvor x 2: Det individuelle panelresultat

: Antall riktige svar

: Antall gale svar

N : a1 + a2

2

2. Tabell over x (antall frihetsgrader: 1)

3- Ved undersøkelse av den signifikante forskjell med signifikans-nivå 5% eller 1% finnes følgende:

B. Forsøksresultater

1. Søthetsprøver med D-glucose, D-fructose, saccharose og maltitol.

De ovennevnte forsøk ble gjentatt minst 5 ganger for hver av

forsøkssøthet sgradene.

På grunnlag av resultatene i ovenstående tabell kan søtstoff-ene ordnes efter søthet på følgende måte:

D-fructose > saccharose > maltitol > D-glucose

2. Maltitols søthet sammenlignet med saccharoses søthet.

For å eliminere viskositetsfaktoren oppløses maltitol i vann til en 35%-ig vandig oppløsning, og denne oppløsning sammenlignes med vandige oppløsninger av saccharose ved forskjellige konsentrasjoner. Resultatene fremgår av følgende tabell:

Det fremgår av resultatene av en 35-ig vandig oppløsning av maltitol har samme søthet som en 25%-ig vandig oppløsning av saccharose.

2) Ikke-krystallinitet.

Maltitol er lettoppløselig i vann. Selv en høykonsentrert vandig oppløsning inneholdende f„eks. 80% maltitol vil ikke danne krystaller, men foreligge som en viskøs væske»

Dessuten kan maltitol anvendes til å hindre krystallisasjon av andre sukkerarter. Eksempelvis vil saccharose eller dextrose i

blanding med maltitol ikke krystallisere.

3) Ikke-ka loriverdi.

Forsøk har vist at mens maltose lett nedbrytes av forskjellige enzymer, forblir maltitol nesten upåvirket og nedbrytes bare for noen prosents vedkommende. Nedbrytningsgradene for maltitol sammenlignet med nedbrytningsgradene for maltose bestemmes under anvendelse av en saccharogenamylase fremstilt fra en stamme av slekten Rhizopus, et enzym ekstrahert fra svinepancreas og et enzym som er fremstilt ved utsaltning av en autolysert gjærekstraktopp-løsning. Forsøksbetingelser og forsøksresultater fremgår av det følgende:

1. De anvendte enzymer og deres aktiviteter.

A. Saccharogenamylase fra Rhizopus (fremstilt av Amano Seiyaku Co.):

(1) MA: 8 u/l (SA: 120 u/ml)

(2) MA: 0,8 u/ml (SA: 12 u/ml)

hvor maltoseaktivitet er forkortet "MA", saccharogenaktivitet er forkortet "SA", og enheter er betegnet med "u".

B. Enzym ekstrahert fra svinepancreas:

MA: 0,17 u/ml

2. Betingelsene for de enzymatiske reaksjoner:

A. Sammensetning av reaktantoppløsningen for den saccharogene amylase fra Rhizopus:

Reaksjonstemperatur 40°C.

B. Sammensetning av reaktantoppløsning for svinepancreasekstrakt - enzymet:

Reaksjonstemperåtur 40°C.

C. Sammensetning av reaktantoppløsningen for det utsaltede enzym fra autolysert gjærekstraktoppløsning:

Reaksjonstemperatur 35°C.

3. Bestemmelse av nedbrytningshastigheter.

Hver reaktantoppløsnings reduksjonsevne på forskjellige tids-punkter bestemmes som for glucose efter Lehmann-Shawl-metoden, og de oppnådde resultater betraktes som resultater for direkte forsukring på det angjeldende tidspunkt. Dessuten tilsettes hver reaktantoppløsning 1 ml av en 25%-ig saltsyreoppløsning, og blandingen hydrolyseres på vanlig vis i kokende vann i 1 time, hvorefter reduksjonsevnen igjen bestemmes på samme måte som beskrevet ovenfor. Verdiene betraktes som verdier oppnådd ved totalforsukring.

Nedbrytningens omfang beregnes som:

k- Resultater.

A. Nedbrytning under anvendelse av saccharogenamylase av Rhizopus:

B. Nedbrytning foretatt med enzym fra svinepancreasekstrakt: Reaksjonstid, Nedbrytning av Nedbrytning av timer maltitol (%) maltose

C. Nedbrytning med utsaltet enzym fra autolysert gjæroppløsning:

Maltitol har ingen kaloriverdi fordi det ikke fordøyes eller absorberes av fordøyelsesorganer hos høyere dyr.

Dette vises ved forsøk med levende kaniner. Tarmene hos for-søkskaniner som ikke hadde fått føde i de siste 24 timer før for-søket, ble lukket i begge ender, og der ble injisert 50 ml av en 20%-ig vandig oppløsning av maltitol eller en like stor mengde av en vandig oppløsning av saccharose. Efter flere timers forløp ble innholdet av sukker eller sukkeralkoholer i tarmene undersøkt. Det viste seg at mens 90% av eden inntatte saccharosemengde var gått tapt som følge av absorpsjon og fordøyelse, var det ikke skjedd noe tap av maltitol, hvilket viser at det ikke kan absorberes og for-døyes i fordøyelsesorganene. Forsøket viste også at maltitol ikke har noen skadelig innvirkning på tarmene, eftersom tarmveggene som var utsatt for kontakt med maltitoloppløsningen, ikke viste noen tegn på uregelmessigheter som overbelastning.

Det har i den senere tid vist seg at xylose og sorbitol , som begge er blitt ansett for kalorifrie søtemidler, faktisk meta-boliseres og ikke kan være så kalorifattige som maltitol.

Maltitol har derfor ingen energiverdi som føde, men det kan forbedre velsmaken av matvarer ved å bibringe disse søthet og karakter. Av disse grunner er maltitol et viktig materiale til fremstilling av kalorifattige drikker og matvarer.

4) Fuktighetsretensjon og viskositet.

Maltitols bemerkelsesverdige fuktighetsretensjonsegenskaper og viskositet kunne ventes på grunn av dets kjemiske sammensetning. Disse gode egenskaper gjør at maltitol også kan anvendes som stabi-lisator for smaksstoffer, farvestoffer og lignende produkter.

Maltitol har stor viskositet, som det f.eks. fremgår av følg-ende oppstilling over viskositetsverdier for en 70%-ig oppløsning av maltitol ved forskjellige temperaturer:

5) Varmestabilitet.

Maltitol er meget stabilt overfor varmepåvirkning. Når det oppvarmes over direkte ild, undergår det overhodet ingen farvefor-andring opptil 200°C, og det misfarves bare i liten grad over 200°C. Det vil heller ikke størkne hurtig ved avkjøling.

Som ovenfor beskrevet, har maltitol særlig gode egenskaper som søthetskilde for matvarer og drikkevarer, og det har dessuten innlysende dietetiske fordeler som følge av at det ikke har noen kaloriverdi. Maltitol kan derfor anvendes til fremstilling av forskjellige alkoholfrie drikker, herunder carbondioxydholdige drikker som coladrikker og andre drikker av brustypen, og mosttypen, melke-syredrikker og kunstige fruktsafter, især av konsentrert type. Når det istedenfor stivelsessirup, dextrose og saccharose anvendes maltitol i alminnelige søte drikker, erstattes den samlede mengde carbohydrater i drikkenes faststoffinnhold med et stoff uten nær-ingsverdi. Dette er særlig verdifullt av medisinske og dietetiske grunner, men dessuten oppnåes ved anvendelse av maltitol ofte en forbedret velsmak, foruten at maltitol kan gi drikkene en ønsket viskositet og virke smaksbevarende. Takket være maltitoltilset-ningen kan drikkene bibeholde sin behagelige smak, tilpasses efter alle smakstyper og være fri for ubehagelig ettersmak.

På tilsvarende måte kan der ved anvendelse av -maltitol i kaker og konfektvarer fåes sukkerfrie kaker og konfektvarer med minimalt kaloriinnhold. Dessuten medfører maltitol ikke noen fare for uttørring eller krystallisasjon som det ofte er tilfelle med saccharose, og der oppnåes også i disse produkter fordeler på grunn av maltitolets fuktighetsretensjon og utilbøyelighet til krystallisasjon. Kjeks og andre bakervarer, som er søtet med maltitol, kan tjene som sukkerfrie, kalorifattige diettprodukter. Videre med-fører maltitols gode varmestabilitet at der unngåes for kraftig farvning av disse varer under oppvarmningen, og produktene er like-ledes bedre beskyttet mot å sprekke, smuldre eller deformeres ved avkjøling efter bakning. Maltitol bidrar også til å forbedre ut-byttene, hindre smakstilbakegang og bibeholde matvarens, kvalitet i lengre tid. Når maltitol anvendes til fremstilling av geleer, syltetøy og lignende, kan det foruten å være et kalorifattig søte-middel, også f.eks. være verdifullt til å hindre uønsket misfarv-ning eller avblekning av de i produktene anvendte spiselige farvestoffer , til å gi produktene fuktighetsbevarende egenskaper, til bibeholdende av smaken og til å sikre en lang holdbarhet.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen belyses nærmere av de følgende eksempler under henvisning til tegningen, som viser et anlegg til utførelse av fremgangsmåten.

Eksempler.

1) Fremstilling av maltose.

Der anvendes et kontinuerlig virkende anlegg som er vist skjematisk på tegningen. I en matebeholder 1 for stivelsesoppslemning innstilles opps1emningens konsentrasjon og pH-verdi, og der tilsettes den ønskede mengde forvæskende enzym. Stivelsesoppslemningen pumpes fra denne beholder til en stivelsesforvæskningsbe-holder 2, som er utstyrt med en flerbladet rører. i stivelsesfor - væskningsbeholderen 2 oppvarmes stivelsesoppslemningen til en konstant temperatur med vanndamp, mens den omrøres kraftig inntil den er jevnt forklistret. Anlegget inneholder flere ret ensjonsbeholdere 3 i hvilke stivelsen forvæskes til den optimale D.E.-verdi mens den holdes på konstant temperatur ved hjelp av ikke viste temperatur-reguleringskapper. Den forvæskede stivelse føres gjennom en reduk-sjonsventil til et flash-kjøleanlegg 4 ved normalt trykk og av-kjøles til ca. 100°C, og umiddelbart derefter sprøytes den inn i et vakuumflash-kjøleanlegg 5, hvor den avkjøles til en på forhånd bestemt temperatur. Den avkjølte væske pumpes ut av avkjøling san-legget og føres til en første blandebeholder 6. Enzymet innføres kontinuerlig i væsken enten fra bunnen av kjøleanlegget 5 eller direkte i bl andebeholderen 6 .

Når den samlede mengde enzym skal tilsettes på en gang, føres den blandede forsukrede oppløsning fra bunnen av beholderen 6 og holdes i en forsukringsbeholder g, hvor forsukringen avsluttes.

Når enzymet skal tilsettes i to porsjoner, holdes væsken i beholderen 6 i en forutbestemt tid hvorpå den kontinuerlig fra bunnen av denne beholder føres til en blande-holdebeholder 7 hvor den annen porsjon enzym kontinuerlig helles i. Efter en viss holdetid føres oppløsningen derefter til forsukringsbeholderen 8- Sammenbland-

ingen med enzym og temperaturregulering i beholderne 6 og 7 utføres under anvendelse av kraftige rørere og varmevekslere som er anbrakt der i.

Det på tegningen viste og ovenfor beskrevne anlegg drives på

den måte at det til å begynne med føres vann igjennom anlegget med en i forveien bestemt strømningshastighet mens anleggets enkelte deler temperaturreguleres til de ønskede temperaturer ved hjelp av automatiske temperaturreguleringsorganer, derefter tilsettes enzymet, og derpå erstattes vannet med en stivelsesoppslemning hvorved forsukringen foretaes.

De enzymer som anvendes ved forsøkene, er kommersielt til-gjengelige arter av bakteriell a-amylase som forvæskningsenzym (C)

og et fra hvete ekstrahert enzym (beskrevet i US patent nr. 3-492.203) som (3-amylase. Som a-1, 6-glucos ida se (k jedeknut epunkt sangripende enzym) anvendes ifølge oppfinnelsen fortrinnsvis pullulanase eller et enzym produsert av en stamme av slekten Pseudomonas eller en blanding av pullulanase og et enzym produsert av en stamme av slekten Pseudomonas eller et enzym (L) produsert av Lactobacillus plantarurn (fransk patentskrift nr. 2.005.304, ATCC 8008), da der derved i praksis fåes meget tilfredsstillende resultater. Pullulanase (P) er produsert av Aerobacter aerogenes (Biochem. Z, 334, 79 (19°1))- Som enzym produsert av Pseudomonas foretrekkes ifølge oppfinnelsen særlig et enzym (I) produsert av Pseudomonas amyloderamosa (US patentskrift nr. 3-56o.345; ATCC 21262).

Aktiviteten av hvert av de anvendte enzymer bestemmes på følg-ende måte: For a-amylases vedkommende innføres en blandet oppløsning bestående av 1 g potetstivelse, beregnet på fast basis, 1 ml av en 0,1M eddiksyrepufferoppløsning og 8 ml vann i en serie reagensglass som hvert har en innvendig diameter på 18 mm, og oppløsninger av enzymet i forskjellige konsentrasjoner tilsettes i porsjoner på 1 ml til innholdet av de forskjellige reagensglass. Reagensglassene med innhold oppvarmes under kraftig omrøring i kokende vann, og efter forklistring av stivelsen holdes de ved 65°C i 15 minutter, hvorpå

de igjen anbringes i kokende vann i 10 minutter for desaktivering av

enzymet. Efter avkjøling i vann ved 17°C i 3 minutter tilsettes porsjoner hver på 1 ml 0,1%-ig fuchsinoppløsning til innholdet av reagensglassene hvorefter reagensglassene vendes to ganger på hodet med åpningen korket. Blant de på denne måte jevntfarvede oppløs-ninger uten uklarheter taes den enzymoppløsning som har lavest konsentrasjon, og dens aktivitet ble tildelt verdien én enhet. Aktiviteten av 8-amylase bestemmes på følgende måte:

5 ml av en 1%-ig oppløsning av oppløselig stivelse, 4 ml av

en 0,IM eddiksyrepufferoppløsning og 1 ml av enzymoppløsningen i forskjellige konsentrasjoner ble blandet og omsatt ved 4o°C i 30 minutter. Det herved dannede reduserende sukker bestemmes som maltose, og aktiviteten av den enzymoppløsning som gir 10 mg maltose bestemt på denne måte, ble gitt verdien én enhet.

Aktiviteten av a-1,6-glucosidase bestemmes på følgende måte:

1 ml av en enzymoppløsning, 5 ml 1%-ig oppløsning av opp-løselig glutinøs risstivelse og 1 ml av en 0,5N eddiksyrepufferopp-løsning (pH-verdi 6,0) sammenblandes og omsettes ved 40°C i 30 minutter. 0,5 ml av reaksjonsoppløsningen helles i en oppløsning av 0,5 ml av en O,01N jod-kaliumjodidoppløsning og 15 ml 0,01N svovel-syre. Blandingen blir straks farvet blåpurpur. Efter 15 minutters forløp måles farvens ekstinksjonskoeffisient ved lys med bølge-lengde 620 nm, og forskjellen mellom den målte verdi og den som måles umiddelbart efter reaksjonen, beregnes. Aktiviteten av en enzymoppløsning som gir en differanse på 0,01, gis verdien én enhet.

Efter forsukringen oppvarmes sukkeroppløsningen, og enzymet desaktiveres. Derefter avfarves og avsaltes oppløsningen ved av-farvende filtrering med aktivt kull og rensning med en ionebytte-harpiks. Oppløsningen konsentreres, cg utbyttet .av tørrstofi bestemmes. Saccharidsammensetningen bestemmes ved fraksjonering under anvendelse av papirkromatografi.

De stivelsesarter som anvendes til utgangsmaterialer, er batatstivelse i eksempel 1 - 3, og maisstivelse i eksempel 4-6. Batatstivelsen forvæskes kontinuerlig ved 90°C ved tilsetning av u-amylase i en mengde på 10 enheter pr. g stivelse. Ved en holdetid på 1 - 2 minutter nedbrytes væsken tii en D.E.-verdi på ca. 1-2%. Derefter økes temperaturen til 120°C for dosaktivering av enzymet. Forvæskningen av maisstivelsen utføres ved pH 6 ved oppvarmning til l6o - l65°C. Eksempel 6 utføres ved tilsetning av oxal-syre i en mengde svarende til 0,05% av stivelsesmengden og oppvarmning av blandingen til 120°C i et kort tidsrom. D.E.-verdien innstilles hele tiden i området 0,5 - 2.

Når f orf or sukringen utføres under tilsetning, av en a-1,6-glucosidase og (3-amylase i to forskjellige trinn, anvendes der ved første trinn av f orf orsukr ingen en temperatur på 70 - 6o°C og en varmebeståndig a-1,6-glucosidase (L). For å oppnå en så hurtig nedsettelse av stivelsens viskositet som mulig, tilføres enzymet kontinuerlig i vakuumflash-kjølaanlegget 5. Det annet trinn av forforsukringen, såvel som éntrinns-forforsukringen, ble utført ved å behandle blandingen ved en temperatur på 45 - 50°C og en pH på 6, idet den ble blandet hurtig ved omrøring med en kraftig rører. Den gjennomsnittlige holdetid for det første forforsukringstrinn, når forforsukringen utføres i to trinn, er fra 20 til 60 minutter, og ellers ligger holdet idene i området 180 - 24o minutter. Ved hvert forsøk innføres reaksjonsproduktet i hovedforsukringsbeholderen,

og forsukringen avsluttes i chargevis drift. Temperaturen innstilles på 45°C, og pH-verdien innstilles på 5,5 når det anvendes enzymet (I) og ellers på 6,0. Holdetiden ved hovedforsukringen er 2-3 dager.

Mens sukkerutbyttet umiddelbart efter forsukringen er 98%,

er sluttutbyttet av krystallinsk produkt gått ned til 95% på grunn av tap ved rensningen. Maltoseinnholdet i de ved forsøkene fremstilte produkter ligger i området 92 - 95%. Resultatene av noen som eksempler utførte forsøk fremgår av tabell II.

2) Hydrogenering av maltose.

1. Den som utgangsmateriale anvendte maltose:

Sammensetningen av den anvendte maltose er 96,6% maltose, 0,4% dextrose og 3,0% maltotriose. Denne avfarvede og rensede maltose anvendes i form av 4c - 60%-ig vandig oppløsning.

2. Reduksjonskatalysator.

Raney-nikkel ("N154" (varemerke), fremstilt av Nikki Kagaku) anvendes som fremstilt i alkali i en mengde svarende til 8 - 10% av mengden av utgangsmaterialet.

3. Reaksjonsbetingelser:

a. Temperaturen er mellom 90 og 100°C ved opptagelse av 2/3 ekvi-valent hydrogen. Derefter økes temperaturen til 125°C for å oppnå absorpsjonslikevekt.

b. Det anvendte trykk ligger i områo det fra 20 til 100 kg/cm 2.

c. Der tilsettes calciumcarbonat i en mengde på 0,3 - 0,05%, beregnet på mengden av utgangsmaterialet.

Under disse betingelser utføres reaksjonen under omrøring. Sammensetningen av reaksjonsproduktene som fåes med eller uten tilsetning av calciumcarbonat, fremgår av nedenstående tabell. Når reaksjonen er avsluttet , fjernes det som katalysator anvendte Raney-nikkel, og hvert enkelt produkt konsentreres, avfarves og renses ved ionebytning på vanlig vis.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av maltitol, karakterisert ved at man fullstendig forklistrer og oppløser en 3 - 30%-ig stivelsesoppslemning til en D.E.-verdi på høyst 5, fortrinnsvis 1 - 2, hvorefter man behandler den erholdte stivelsesoppløsning med a-1,6-glucosidase og B-amylase under dannelse av maltose, og derefter katalytisk hydrogenerer den dannede maltose ved en temperatur på 80 - 150°C og et trykk på 20 - lOO kg/cm2 under anvendelse av Raney-nikkel, slik at hv^rt mol maltose opptar 1 mol hydrogen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at stivelsesoppslemningen efter fullstendig forklistring og oppløsning avkjøles til en temperatur mellom 45 og 6o°C og tilsettes a-1,6-glucosidase, hvorefter stivel-sesoppløsningen omrøres for å fremme reaksjonen og nedsette viskositeten, og deref.er tilsette B-amylase :il den erholdte reaksjonsblanding, som blandes under omrøring imtil reaksjonen er tilendebrakt .

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at stivelsesoppslemningen efter fullstendig forklistring avkjøles til en temperatur mellom 45 og 70° C, tilsette (3-amylase, fortrinnsvis under hurtig omrøring, for å nedsette oppløsningens viskositet, hvorefter den tilsettes a-1,6-glucosidase til den erholdte reaksjonsoppløsning, og reaksjonsblandingen holdes ved en temperatur mellom 45 og 6o°C inntil 6-amylolysen er tilendebrakt.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1 - 3> karakterisert ved at a-1,6-glucosidasen er pullulanase eller et enzym produsert av en stamme av slekten Pseudomonas eller en blanding av pullulanase og et enzym produsert av en stamme av slekten Pseudomonas.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at stammen av slekten Pseudomonas er Pseudomonas amyloderamosa ATCC 212b2.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1 - 3, karakterisert ved at a-1,6-glucosidasen er et enzym produsert av Lactobacillus plantarum ATCC 8008• J. Fremgangsmåte ifølge krav 1 - 6, karakterisert ved at der tilsettes tungtappløse-lige basiske faste stoffer i tredje trinn for å regulere reaksjons-oppløsningens pH-verdi.