PL210786B1 - Sposób skojarzonego wytwarzania enzymatycznych hydrolizatów skrobiowych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób skojarzonego wytwarzania enzymatycznych hydrolizatów skrobiowych o niższym (nie wyższej niż 25 DE) i wyższym (powyżej 25 DE) stopniu scukrzenia, zwłaszcza trudno filtrujących się hydrolizatów, otrzymywanych ze skrobi zbożowych, w tym szczególnie ze skrobi pszennej.

Głównym problemem w procesie wytwarzania hydrolizatów ze skrobi zbożowych jest rozwiązanie zagadnienia oczyszczania, w tym głównie filtracji, surowych hydrolizatów w sposób ekonomicznie uzasadniony.

Znane i powszechnie stosowane w przemyśle skrobiowym, w zależności od jakości surowca i wymogów dotyczących produktu końcowego, sposoby oczyszczania hydrolizatów skrobiowych polegają na:

• jednokrotnym filtrowaniu jak, np. w przypadku produkcji maltodekstryn, • jednokrotnym filtrowaniu poprzedzonym jednokrotnym rafinowaniem (odbarwienie, dezodoryzacja za pomocą węgla aktywnego czy innych środków pomocniczych).

Z publikacji ( E.A. Sztyrkowa; M.G. Gubin, „Sprawocznik po krochmał o-potocznomu proizwodstwu, Moskwa, 1978, s. 122) znane są sposoby oczyszczania hydrolizatów skrobiowych polegające na dwu- lub wielokrotnym filtrowaniu. Znane są również - z publikacji pt. „Technologia przetwórstwa ziemniaczanego WNT, Warszawa, 1972, s. 402-411 - sposoby oczyszczania hydrolizatów skrobiowych polegające na dwu- lub wielokrotnym filtrowaniu połączonym z dwu- lub wielokrotnym rafinowaniem. Ten ostatni sposób, zwłaszcza przy zastosowaniu systemu odzysku i zawrotu pomocniczych materiałów filtracyjnych, pozwala uzyskać wyższą jakość filtratu oraz zmniejszyć zużycie i koszt tych materiałów. W przypadku zwiększających się trudności filtracyjnych, do medium filtrowanego dodaje się tzw. „pomoce filtracyjne - mineralne (ziemie okrzemkowe czy krzemionkowe) lub organiczne (włókno celulozowe), które poprzez rozluźnienie struktury placka filtracyjnego, odkładającego się w procesie filtracji, powodują zwiększenie szybkości filtracji, a tym samym ogólnej wydajnoś ci procesu. Często, surowy hydrolizat poddaje się dodatkowemu procesowi wygrzewania, korygowaniu pH czy obróbce specjalnymi enzymami celulolitycznymi, proteolitycznymi, lipolitycznymi dla poprawy podatności na filtrowanie i zwiększenia klarowności filtratu. Ponadto, z opisu zgłoszenia patentowego nr P.362230 znane są metody koagulacji i flotacji jako sposobu oczyszczenia hydrolizatów z substancji balastowych.

Aby zapewnić stałe warunki filtracji, stosuje się często rozwiązania aparaturowe zapewniające ciągłe regenerowanie zewnętrznej, najszybciej zapychającej się powierzchni filtracyjnej. Realizuje się to na obrotowych, próżniowych filtrach bębnowych, np. firmy Nivoba, na których powierzchnię filtracyjną nanosi się grubą, kilkunastocentymetrową warstwę ziemi okrzemkowej, której systematyczne skrawanie powoduje ciągłe usuwanie zanieczyszczeń odkładających się na zewnątrz tej warstwy. Także można to osiągnąć stosując filtry dynamiczne ( S. Wroński i inni, „Filtracja dynamiczna, Inżynieria i Aparatura Chemiczna nr 5, 1980r, s. 5-9), w których odpowiednie rozwiązania inżynieryjno -konstrukcyjne powodują ciągłe odnawianie się przegrody filtracyjnej, uniemożliwiające jej zapychanie.

Przedstawione powyżej sposoby oczyszczania hydrolizatów skrobiowych są stosowane z powodzeniem w różnych technologiach pomimo różnych wad, między innymi takich, jak konieczność zwiększonego zużycia pomocniczych materiałów filtracyjnych i/lub zakupu enzymów specjalnych i chemikaliów, i/lub rozbudowy instalacji dla realizacji dodatkowych operacji.

Sposób skojarzonego wytwarzania hydrolizatów skrobiowych według wynalazku polega na tym, że w przynajmniej dwuetapowej hydrolizie enzymatycznej korzystnie z użyciem alfa-amylazy bakteryjnej między pierwszym kolejnym, jej etapem prowadzi się obróbkę termiczną hydrolizatu o niższym stopniu scukrzenia, o DE nie wyższym niż 25, w temperaturze 100-170°C w czasie 1-2000 sekund. Następnie całość poddaje się pierwszemu etapowi filtracji korzystnie na prasach filtracyjnych rozdzielającemu hydrolizat na dwa strumienie różniące się koncentracją zanieczyszczeń - strumień oczyszczony (filtrat) i strumień nieoczyszczony (retentat). Przynajmniej jeden ze strumieni, w tym zawsze strumień o wyższej koncentracji zanieczyszczeń, poddaje się kolejnej hydrolizie lub kolejnym hydrolizom, korzystnie z użyciem enzymu enzymu maltogennego prowadzącej lub prowadzącym do otrzymania hydrolizatu o wyższym stopniu scukrzenia, tj. o DE powyżej 25, który rozdziela się na strumień hydrolizatu o wyższym stopniu scukrzenia, pozbawiony zanieczyszczeń oraz na odpad o wysokiej koncentracji zanieczyszczeń. Rozdział strumienia hydrolizatu o niższym stopniu scukrzenia na dwa strumienie, różniące się koncentracją zanieczyszczeń, przebiega w taki sposób, że każdy z uzyskaPL 210 786 B1 nych strumieni stanowi nie mniej niż 10% i nie więcej niż 90% rozdzielanego strumienia. Strumień o niż szej koncentracji zanieczyszczeń , uzyskany z rozdział u hydrolizatu o niż szym stopniu scukrzenia, poddaje się dalszej hydrolizie lub bezpośrednio przerabia znanymi sposobami. W wyniku pierwszego etapu filtracji otrzymuje się dwa strumienie hydrolizatu o niższym stopniu scukrzenia - filtrat i retentat.

Otrzymany filtrat, o niższym stopniu scukrzenia, jest gotowym substratem do produkcji maltodekstryn lub może podlegać kolejnemu etapowi hydrolizy (prowadzącemu do otrzymania hydrolizatu o wyższym stopniu scukrzenia, DE powyżej 25), służącemu uzyskaniu różnych rodzajów syropów i glukozy.

Pozbawiony zanieczyszczeń, na drodze rozdziału, strumień o wyższym stopniu scukrzenia, uzyskany ze strumienia o niższym stopniu scukrzenia i wyższej koncentracji zanieczyszczeń, poddaje się dalszej hydrolizie lub suszy się w suszarce rozpyłowej, uzyskując maltodekstrynę w formie proszku.

Rozdział hydrolizatu o niższym stopniu scukrzenia prowadzi się w taki sposób, że uzyskuje się dwa rodzaje wartościowych produktów, natomiast rozdział hydrolizatu o wyższym stopniu scukrzenia prowadzi się w taki sposób, że uzyskuje się jeden produkt wartościowy (filtrat) i jeden produkt odpadowy (placek filtracyjny). Otrzymany retentat o niższym stopniu scukrzenia podlega kolejnemu etapowi hydrolizy (prowadzącemu do otrzymania hydrolizatu o wyższym stopniu scukrzenia, DE powyżej 25), a następnie filtracji, która prowadzi do otrzymania filtratu o wyż szym stopniu scukrzenia i placka filtracyjnego.

Filtrat o wyższym stopniu scukrzenia jest gotowym substratem do produkcji różnych rodzajów syropów i glukozy. Placek filtracyjny będący skoncentrowaną formą wszystkich zanieczyszczeń oraz substancji balastowych występujących naturalnie w skrobi, a także we wszystkich nierozpuszczalnych materiałach pomocniczych, stosowanych w procesie produkcyjnym - stanowi odpad produkcyjny. Występująca między pierwszym etapem hydrolizy, a kolejnymi obróbka termiczna, intensyfikująca filtrację, polega na podgrzewaniu całego strumienia hydrolizatu o niższym stopniu scukrzenia do temperatury 100 - 170°C oraz przetrzymywaniu w tych warunkach w czasie od 1 - 2000 sekund.

Dzięki zastosowaniu sposobu według wynalazku, szczególnie do hydrolizatów trudno filtrujących się, zwłaszcza ze skrobi zbożowych, w tym ze skrobi pszennej, uzyskuje się, przed przegrodą filtracyjną, w pierwszym etapie filtracji, retentat hydrolizatu o niższym stopniu scukrzenia w firmie lepkiej zawiesiny, będącej substratem do dalszej hydrolizy i filtracji, w wyniku której przed przegrodą filtracyjną otrzymuje się z hydrolizatu o wyższym stopniu scukrzenia placek filtracyjny będący odpadem.

Taki sposób postępowania eliminuje straty produkcyjne, których zazwyczaj najwięcej powstaje przed przegrodą filtracyjną pierwszego etapu filtracji, bowiem właściwości fizykochemiczne hydrolizatu o niższym stopniu scukrzenia mocno utrudniają wydzielanie zanieczyszczeń w formie zwartego placka filtracyjnego. Hydrolizat o wyższym stopniu scukrzenia (cechujący się zdecydowanie niższą lepkością), otrzymany sposobem wg wynalazku, umożliwia łatwe wydzielenie wszystkich zanieczyszczeń w formie stał ego placka w jednym punkcie procesu.

W wyniku procesu, prowadzonego sposobem wedł ug wynalazku, uzyskuje się wię ksze jednostkowe szybkości filtracji oraz polepszenie wskaźnika wykorzystania surowca i ograniczenie ilości ścieków, co zwiększa efektywność produkcji.

Przedmiot wynalazku znajduje zastosowanie w przemyśle skrobiowym, zwłaszcza przy hydrolizie surowców zbożowych. Sposób według wynalazku przedstawiono w następujących przykładach wykonania.

P r z y k ł a d 1

Zawiesinę skrobi pszennej o koncentracji 33% suchej substancji i pH 6,5, po zmieszaniu z preparatem enzymatycznym BAN 480L, zawierającym alfa-amylazę bakteryjną, podgrzewa się do temperatury 85°C, a następnie przetrzymuje się w czasie 2 godzin dla uzyskania hydrolizatu o stopniu scukrzenia 15 DE. Następnie, otrzymany hydrolizat podgrzewa się do temperatury 160°C i przetrzymuje pod ciśnieniem 0,6 MPa w czasie 8 minut, po czym schładza do temperatury 95°C. Schłodzony hydrolizat poddaje się filtracji na prasach filtracyjnych, uzyskując 30% oczyszczonego hydrolizatu - filtratu oraz 70% nieoczyszczonego hydrolizatu - retentatu. Filtrat (oczyszczony hydrolizat o DE 15) zagęszcza się i suszy na suszarce rozpyłowej, otrzymując proszek maltodekstryny średnioscukrzonej. Retentat (nieoczyszczony hydrolizat o DE 15) kieruje się do reaktorów scukrzających, schładza się do temperatury 60°C, koryguje pH do 4,5, a następnie dodaje się preparat enzymatyczny AMG 300, zawierający glukoamylazę, i przetrzymuje się w czasie 72 godzin, celem uzyskania hydrolizatu wysokoscukrzonego (95 DE). Hydrolizat poddaje się filtracji na prasach filtracyjnych, w wyniku której otrzymuje

PL 210 786 B1 się zwarty osad placka filtracyjnego jako odpad oraz oczyszczony hydrolizat o DE 95 - filtrat, z którego po zagęszczeniu, krystalizacji, odwirowaniu i suszeniu otrzymuje się glukozę krystaliczną.

P r z y k ł a d 2

Zawiesinę skrobi pszennej o koncentracji 35% suchej substancji i pH 5,4, po zmieszaniu z preparatem enzymatycznym Liquozyme Supra, zawierającym alfa-amylazę bakteryjną, podgrzewa się do temperatury 105°C i przetrzymuje w czasie 30 minut do osiągnięcia stopnia scukrzenia 8 DE. Otrzymany półprodukt podgrzewa się do temperatury 155°C i przetrzymuje się w rurowej strefie, pod ciśnieniem 0,5 MPa w czasie 15 minut, a następnie, po schłodzeniu do 60°C wydziela się z uzyskanego półproduktu, za pomocą próżniowego filtra, 40% hydrolizatu w postaci oczyszczonego filtratu, a pozostałe 60% retentatu poddaje się kolejnej hydrolizie z dodatkiem preparatu enzymatycznego Fungamyl 800L, zawierającego maltogenną alfa-amylazę. Hydrolizę prowadzi się przez 24 godziny i otrzymuje się hydrolizat z przewagą maltozy i o DE 45. Produkt, po dodaniu węgla aktywnego i pomocy filtracyjnych podlega odbarwieniu, po czym wszystkie stałe zanieczyszczenia, stanowiące odpad, oddziela się na bębnowym filtrze próżniowym, a filtrat zagęszcza się do postaci syropu o koncentracji 80% suchej substancji.

Oczyszczony filtrat, stanowiący 40% półproduktu, kieruje się do suszenia rozpyłowego, otrzymując maltodekstrynę niskoscukrzoną w formie proszku.

Claims (4)

1. Sposób skojarzonego wytwarzania enzymatycznych hydrolizatów skrobiowych o niższym i o wyższym stopniu scukrzenia, polegają cy na kolejno po sobie przebiegających procesach i operacjach: hydrolizy enzymatycznej, obróbki termicznej i wydzielenia zanieczyszczeń, znamienny tym, że w przynajmniej dwuetapowej hydrolizie enzymatycznej, korzystnie z uż yciem alfa-amylazy bakteryjnej, między pierwszym, a kolejnym jej etapem prowadzi się obróbkę termiczną hydrolizatu o niższym stopniu scukrzenia, tj. o DE nie wyższym niż 25, w temperaturze 100-170°C w czasie 1-2000 sekund, po czym ten hydrolizat poddaje się pierwszemu etapowi filtracji, korzystnie na prasach filtracyjnych, rozdzielającemu go na dwa strumienie różniące się koncentracją zanieczyszczeń w taki sposób, że każdy z uzyskanych strumieni stanowi nie mniej niż 10% i nie więcej niż 90% rozdzielanego strumienia, przy czym przynajmniej jeden ze strumieni, w tym zawsze strumień o wyższej koncentracji zanieczyszczeń, poddaje się kolejnej hydrolizie lub kolejnym hydrolizom, korzystnie z użyciem enzymu maltogennego, prowadzącej lub prowadzącym do otrzymania hydrolizatu o wyższym stopniu scukrzenia, tj. o DE powyżej 25, który rozdziela się na strumień hydrolizatu pozbawiony zanieczyszczeń oraz na odpad o wysokiej koncentracji zanieczyszczeń.

2. Sposób wg zastrzeżenia 1, znamienny tym, że strumień o niższej koncentracji zanieczyszczeń, uzyskany z rozdziału hydrolizatu o niższym stopniu scukrzenia, poddaje się dalszej hydrolizie lub suszy się w suszarce rozpyłowej, uzyskując maltodekstrynę w formie proszku.

3. Sposób wg zastrzeżenia 1, znamienny tym, że pozbawiony zanieczyszczeń na drodze rozdziału strumień o wyższym stopniu scukrzenia, uzyskany ze strumienia o niższym stopniu scukrzenia i wyższej koncentracji zanieczyszczeń, poddaje się dalszej hydrolizie lub suszy się w suszarce rozpyłowej, uzyskując maltodekstrynę w formie proszku.

4. Sposób wg zastrzeżenia 1, znamienny tym, że rozdział hydrolizatu o niższym stopniu scukrzenia prowadzi się w taki sposób, że uzyskuje się dwa rodzaje wartościowych produktów, natomiast rozdział hydrolizatu o wyższym stopniu scukrzenia prowadzi się w taki sposób, że uzyskuje się jeden produkt wartościowy (filtrat) i jeden produkt odpadowy (placek filtracyjny).