СПОСОБ РАЗЖИЖЕНИЯ КРАХМАЛА Российский патент 2018 года по МПК C08B30/12 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА СМЕЖНУЮ ЗАЯВКУ

В заявке испрашивается преимущество предварительной заявки на европейский патент с серийным №12005775.7, поданной 9 августа 2012 г., «СПОСОБ РАЗЖИЖЕНИЯ КРАХМАЛА», которая полностью включена в настоящий документ путем ссылки.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к способу разжижения крахмала, присутствующего в крахмальной суспензии, содержащей расщепленный крахмал и имеющей значение декстрозного эквивалента (DE) от 0,05 до 9. Предпочтительно изобретение относится к способу разжижения крахмала, присутствующего в крахмальной суспензии, содержащей расщепленный крахмал, причем указанная крахмальная суспензия имеет высокое содержание сухих веществ. Кроме того, предпочтительно изобретение относится к непрерывному способу разжижения крахмала, присутствующего в крахмальной суспензии, содержащей расщепленный крахмал и имеющей высокое содержание сухих веществ.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Нативный крахмал, т.е. крахмал, полученный в его первоначальной форме путем экстракции из любого крахмалсодержащего материала, является исходным материалом для множества ценных продуктов. В результате процесса гидролиза крахмала можно получить глюкозные сиропы, сиропы с высоким содержанием мальтозы, сиропы с очень высоким содержанием мальтозы и т.п. Из данных сиропов можно получить несколько продуктов, таких как кристаллическая декстроза, полиолы и т.п.

Процесс гидролиза крахмала, как правило, включает разжижение и осахаривание нативного крахмала в форме крахмальной суспензии. Крахмал является природным ингредиентом с типичным поведением при его переводе в суспензию (крахмальное молоко). При содержании сухого вещества выше некоторого уровня суспензия очень плохо поддается обработке и может приводить к блокировке производственного оборудования. Таким образом, в текущих способах подлежащая разжижению крахмальная суспензия, как правило, имеет содержание сухих веществ до 40% вес/вес (% в/в), а предпочтительно - от 30 до 35% в/в. Учитывая нагрев посредством нагнетания пара для разжижения и последующее вскипание для осахаривания, полученный таким образом продукт разжижения также имеет сопоставимое содержание сухих веществ. Однако по соображениям микробной устойчивости, стоимости, технологической эффективности и т.п. желательно повысить содержание данных сухих веществ. Для доведения содержания сухих веществ в полученных глюкозных сиропах до желательного значения, такого как, например, 60% в/в, 70% в/в, 80% в/в, 85% в/в и т.д., необходима по меньшей мере одна дополнительная стадия концентрирования, как правило, путем выпаривания. Данная стадия концентрирования, как правило, требует высоких энергозатрат и, таким образом, является экономически неэффективной и неэкологичной. В попытке снизить энергопотребление в производственных процессах необходимо создать более эффективный процесс со значительно более низким энергопотреблением.

В патенте ЕР 0806434 А1 описан серийный процесс получения ферментированных крахмалов.

В патенте US 4,235,965 описан серийный процесс гидролиза крахмала, начиная от крахмальной суспензии, имеющей содержание сухих веществ до 40% в/в. Процесс представляет собой прерывистый серийный процесс, требующий больших количеств ферментов. Следовательно, процесс является относительно неэффективным и очень затратным.

Таким образом, существует потребность в способе разжижения крахмала с более высокой производительностью и лучшим энергобалансом, который предпочтительно функционирует непрерывно. В настоящем изобретении предложен такой способ разжижения крахмала.

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к способу разжижения крахмала, присутствующего в крахмальной суспензии, причем указанная крахмальная суспензия имеет значение DE от 0,05 до 9 и содержит расщепленный крахмал.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к способу разжижения крахмала, присутствующего в крахмальной суспензии, причем указанная крахмальная суспензия имеет значение DE от 0,05 до 9 и содержит расщепленный крахмал.

Традиционные процессы гидролиза крахмала, как правило, включают стадию разжижения, за которой следует стадия осахаривания.

В таких процессах крахмальная суспензия, поступающая на стадию разжижения, имеет содержание сухих веществ до 40% вес/вес (% в/в). При превышении данного содержания сухих веществ крахмальная суспензия очень плохо поддается обработке и может повреждать производственное оборудование. В особенности это относится к крахмалу, содержащему нативный крахмал. В традиционных процессах крахмальная суспензия состоит по существу из нативного крахмала. По этой причине содержание сухих веществ в крахмальной суспензии поддерживают на уровне максимум 40% в/в, как правило, от 30% в/в до 35% в/в.

Разжижение проводят при высоких температурах путем прямого нагрева до 80-160°C, предпочтительно - до температуры от 90 до приблизительно 110°C, используя нагнетание пара, причем указанный пар подают под давлением от 9 до 12 бар. При данных температурах крахмал желатинизируется, и его вязкость повышается. Также по этой причине необходимо поддерживать содержание сухих веществ в крахмальной суспензии на уровнях от 30% в/в до 35% в/в. Также необходимо проводить нагрев путем нагнетания пара, т.е. путем прямого нагрева, что приводит к очень быстрому нагреву крахмальной суспензии и ограничивает повышение вязкости, способствуя хорошему разжижению крахмала. Если бы нагревание проводилось путем непрямого нагрева, это дало бы время на желатинизацию крахмала, и повышение вязкости приобрело бы слишком большое значение, сделав перекачку и дополнительную обработку очень сложной.

При разжижении крахмал, присутствующий в крахмальной суспензии, распадается на олигомеры декстрозы, как правило, под действием ферментов. После разжижения разжиженную крахмальную суспензию (продукт разжижения) подвергают осахариванию, как правило, под действием осахаривающих ферментов, получая декстрозосодержащие растворы, мальтозосодержащие растворы и т.п.

Для цели настоящего изобретения растительное происхождение крахмала не ограничено. Подходящие источники крахмала для применения в рамках настоящего изобретения включают, без ограничений, кукурузу, горох, картофель, батат, сорго, банан, ячмень, пшеницу, рис, саго, амарант, тапиоку, маранту, канну, а также их низкоамилозные (содержащие не более приблизительно 10% вес. амилозы, предпочтительно не более 5% вес. амилозы) или высокоамилозные (содержащие по меньшей мере приблизительно 40% вес. амилозы) сорта. Генетически модифицированные сорта данных культур также являются подходящими источниками крахмала. Однако предпочтительно, чтобы крахмал был получен из зерновых, более предпочтительно из пшеницы и/или кукурузы. Сам по себе термин «крахмал» для цели настоящего изобретения означает нативный крахмал. В данной области хорошо известны способы экстракции нативного крахмала из вышеупомянутых растений. Однако не исключена возможность добавления модифицированного крахмала на любых технологических стадиях настоящего изобретения. Модифицированным крахмалом называют крахмал, прошедший химическую модификацию, ферментативную модификацию, модификацию путем нагрева или физической обработки. Термин «химически модифицированный» включает, без ограничений, поперечную сшивку, модификацию блокирующими группами для ингибирования ретроградации, модификацию путем добавления липофильных групп, ацетилированные крахмалы, гидроксиэтилированные и гидроксипропилированные крахмалы, крахмалы, этерифицированные неорганическими группами, катионные, анионные и окисленные крахмалы, цвиттерионные крахмалы, крахмалы, модифицированные ферментами, а также их комбинации. Термическая обработка включает, например, предварительную желатинизацию.

В соответствии со способом настоящего изобретения крахмальная суспензия, поступающая на стадию разжижения, уже содержит расщепленный крахмал. Для цели настоящего изобретения следует понимать, что расщепленный крахмал получают в результате кислотного и/или ферментативного гидролиза крахмала, и он может представлять собой один или более из мальтодекстринов, декстрозы, олигомеров декстрозы, мальтозы и т.п., причем такие продукты растворимы в воде.

Крахмальная суспензия, поступающая на стадию разжижения, может быть получена в ходе процесса, включающего:

1. подготовку первой крахмальной суспензии;

2. предварительное разжижение первой крахмальной суспензии с получением продукта предварительного разжижения;

3. необязательно добавление крахмала и/или одного или более расщепляющих крахмал ферментов к продукту предварительного разжижения с получением второй крахмальной суспензии, причем указанная вторая крахмальная суспензия представляет собой крахмальную суспензию, направляемую на стадию разжижения.

Первая крахмальная суспензия может быть получена, например, путем смешивания нативного крахмала с водой с получением суспензии, имеющей содержание сухих веществ от 25% в/в до 45% в/в, предпочтительно - от 30% в/в до 45% в/в, более предпочтительно - от 35% в/в до 45% в/в, еще более предпочтительно - от 40% в/в до 45% в/в, а еще более предпочтительно - от более 40% в/в до 45% в/в. Крахмал может быть в форме сухого порошка или в форме суспензии. Крахмал может иметь содержание сухих веществ от 40% в/в до 90% в/в. Предпочтительно крахмал представляет собой нативный крахмал, имеющий содержание сухих веществ от 80% в/в до 90% в/в.

Продукт предварительного разжижения фактически представляет собой первую крахмальную суспензию, которая теперь содержит расщепленный крахмал, либо вследствие добавления расщепленного крахмала к первой крахмальной суспензии, либо вследствие расщепления части нативного крахмала первой крахмальной суспензии. Продукт предварительного разжижения имеет значение DE (декстрозного эквивалента) от приблизительно 0,05 до приблизительно 9, предпочтительно - от 0,05 до 8, предпочтительно - от 0,05 до 7, более предпочтительно - от 0,05 до 6, а еще более предпочтительно - от 1 до 5. DE можно измерить с помощью официального метода Лейна-Эйнона. Предпочтительно продукт предварительного разжижения имеет уровень растворимости по меньшей мере 3, предпочтительно - по меньшей мере 6, более предпочтительно - по меньшей мере 10, еще более предпочтительно - по меньшей мере 20. Уровень растворимости является показателем количества расщепленного и, следовательно, растворенного крахмала. Уровень растворимости продукта предварительного разжижения измеряют в соответствии с тестом А, как описано в разделе о способах измерения настоящего описания.

Продукт предварительного разжижения имеет содержание сухих веществ, аналогичное содержанию в первой крахмальной суспензии, т.е. от 25% в/в до 45% в/в, предпочтительно - от 30% в/в до 45% в/в, более предпочтительно - от 35% в/в до 45% в/в, еще более предпочтительно - от 40% в/в до 45% в/в, а еще более предпочтительно - от более 40% в/в до 45% в/в.

Предварительное разжижение первой крахмальной суспензии для получения продукта предварительного разжижения можно выполнить путем добавления расщепленного крахмала, как определено выше, к первой крахмальной суспензии. Указанный расщепленный крахмал может иметь порошковую форму и/или форму раствора. В данном случае подготовка первой крахмальной суспензии и предварительное разжижение первой крахмальной суспензии также можно провести в одну стадию путем смешивания расщепленного крахмала с нативным крахмалом и водой. Расщепленный крахмал может быть в форме порошка и/или в форме раствора, а нативный крахмал может быть в форме порошка и/или в форме суспензии. Альтернативно и предпочтительно расщепленный крахмал получают in situ путем кислотного и/или ферментативного предварительного разжижения первой крахмальной суспензии. Предпочтительно предварительное разжижение содержит ферментативную обработку при температуре от 20 до 85°C, как правило, указанная температура ниже или максимум на 10°C выше температуры желатинизации нативного крахмала, применяемого для получения первой крахмальной суспензии.

Ферментативное предварительное разжижение включает добавление одного или более расщепляющих крахмал ферментов к первой крахмальной суспензии. Один или более ферментов могут представлять собой, например, α-амилазу, β-амилазу, глюкоамилазу, пуллуланазу или их комбинацию. Специалисту в данной области будет легко определить количество фермента, которые требуется добавить, чтобы получить продукт предварительного разжижения, имеющий значение DE от 0,05 до 9. Предпочтительно, чтобы получить продукт предварительного разжижения, дополнительно имеющий уровень растворимости по меньшей мере 3, предпочтительно - по меньшей мере 6, более предпочтительно - по меньшей мере 10, еще более предпочтительно - по меньшей мере 20.

Ферментативное предварительное разжижение предпочтительно проводят при температуре от 20°C до 85°C, более предпочтительно - от 25°C до 75°C, еще более предпочтительно - от 30°C до 70°C, а наиболее предпочтительно - от 35°C до 60°C. Например, первая крахмальная суспензия может иметь исходную температуру от 40°C до 50°C.

Предпочтительно первую крахмальную суспензию сначала доводят до значения pH, оптимального для применяемого фермента или смеси ферментов. Как правило, для типичных α-амилаз применяют pH от 5 до 6,5. pH можно модифицировать любым подходящим способом, известным в данной области, например, путем добавления кислоты или основания, в зависимости от того, является исходное значение pH более низким или более высоким, чем желательное значение pH. Специалисту в данной области будет очевидно, как скорректировать pH первой крахмальной суспензии.

Предварительное разжижение предпочтительно проводят в реакторе. Можно применять реактор любого подходящего типа, например, такой как бак, реактор с потоком вытеснения и т.п., с мешалкой или без нее, с поддерживающим потоком или без него. Предпочтительно применение закрытого реактора, имеющего один или более входов и один или более выходов. Один или более входов и один или более выходов могут быть расположены на верхней и/или нижней стороне реактора. Как вход, так и выход расположены так, чтобы входной и выходной потоки реактора можно было легко регулировать вручную или автоматически.

Благодаря действию ферментов первая крахмальная суспензия преобразуется в крахмальную суспензию, содержащую расщепленный крахмал, т.е. в продукт предварительного разжижения, как определено выше.

Продукт предварительного разжижения можно направить на стадию разжижения следующим образом. Часть продукта предварительного разжижения удаляют из реактора и направляют на стадию разжижения, и удаленную часть заменяют крахмалом, предпочтительно нативным крахмалом, чтобы поддерживать в суспензии, находящейся в реакторе, содержание сухих веществ от 25% в/в до 45% в/в, предпочтительно от 30% в/в до 45% в/в, более предпочтительно - от 35% в/в до 45% в/в, еще более предпочтительно - от 40% в/в до 45% в/в, а еще более предпочтительно - от более 40% в/в до 45% в/в; или повысить содержание сухих веществ в ней до 80% в/в.

Перед стадией разжижения можно провести дополнительную стадию. Например, данная дополнительная стадия может включать добавление фермента и при необходимости корректировку температуры и/или pH.

Предпочтительно стадию удаления части предварительного продукта разжижения и ее направления на стадию разжижения, а также замену удаленной части крахмалом или крахмалом и ферментом проводят одновременно, с одной скоростью и предпочтительно непрерывно, без значительного прерывания процесса. В этот момент процесс можно запустить в непрерывном режиме. Для цели настоящего изобретения «непрерывный» означает отсутствие значительного прерывания технологического процесса. Время указанного процесса может составлять от 5 минут до множества часов.

Однако предпочтительно, чтобы после получения продукта предварительного разжижения к нему можно было добавить крахмал для повышения содержания сухих веществ в нем до значения от 30% в/в до 80% в/в. Предпочтительно крахмал содержит нативный крахмал, более предпочтительно крахмал состоит из нативного крахмала. Крахмал также можно добавить одновременно с одним или более ферментами для предварительного разжижения.

Таким образом, способ настоящего изобретения дополнительно предпочтительно отличается тем, что он включает стадии:

a) подготовки в реакторе продукта предварительного разжижения с содержанием сухих веществ от 25% в/в до 45% в/в;

b) добавления крахмала, предпочтительно нативного крахмала, в реактор, содержащий продукт предварительного разжижения, при температуре от 20 до 85°C, с получением второй крахмальной суспензии, имеющей содержание сухих веществ от 30% в/в до 80% в/в;

c) удаления части второй крахмальной суспензии из реактора и ее направления на стадию разжижения, а также замены удаленной части крахмалом, предпочтительно нативным крахмалом, для поддержания во второй крахмальной суспензии в реакторе содержания сухих веществ от 30% в/в до 80% в/в.

Также предпочтительно, чтобы на стадии b и/или на стадии с можно было добавить один или более расщепляющих крахмал ферментов.

Крахмал и один или более расщепляющих крахмал ферментов на стадии b и/или на стадии с можно перемешать вместе перед добавлением, или же их можно добавлять по отдельности, одновременно или в последовательности. Дополнительно их можно добавлять в несколько стадий или непрерывно. Предпочтительно, чтобы их добавляли одновременно, непрерывно, т.е. без значительного прерывания процесса, от начала добавления и до конца добавления, без предварительного перемешивания.

Таким образом, предпочтительно настоящее изобретение относится к способу разжижения крахмала, присутствующего в крахмальной суспензии, отличающемуся тем, что указанная крахмальная суспензия:

- содержит расщепленный крахмальный материал, полученный в результате предварительного разжижения первой крахмальной суспензии, причем указанное предварительное разжижение содержит ферментативную обработку при температуре от 20 до 85°C; и

- имеет содержание сухих веществ от 30% в/в до 80% в/в.

Вторая крахмальная суспензия, т.е. крахмальная суспензия, подлежащая разжижению, может иметь содержание сухих веществ от 30% в/в до 80% в/в, предпочтительно - от 35% в/в до 80% в/в. Предпочтительно, чтобы вторая крахмальная суспензия имела высокое содержание сухих веществ: от 40% вес. до 80% вес, более предпочтительно - от более 40 до 70% вес, еще более предпочтительно - от 45% вес. до 60% вес, еще более предпочтительно - от 45% вес. до 55% вес, а еще более предпочтительно - от 48% вес. до 52% вес. или от 50% вес. до 55% вес. Благодаря наличию расщепленного крахмала содержание сухих веществ во второй крахмальной суспензии может быть выше, чем при традиционных способах, в которых применяется только нативный крахмал, и при этом отсутствуют описанные ранее технологические ограничения.

Предпочтительно, как определено выше, на стадии b и на стадии с также добавляют один или более расщепляющих крахмал ферментов. Предпочтительно выбран фермент с оптимальными рабочими условиями при pH от 3,5 от 6,5. Специалист в данной области легко определит количество фермента, которое нужно добавить, и оно должно быть таким, чтобы значение DE крахмальной суспензии в реакторе поддерживалось на уровне от 0,05 до 9. Предпочтительно оно должно быть таким, чтобы показатель растворимости крахмальной суспензии в реакторе поддерживался на уровне по меньшей мере 3, предпочтительно - по меньшей мере 6, более предпочтительно - по меньшей мере 10, еще более предпочтительно - по меньшей мере 20. Дополнительно предпочтительно, чтобы один или более расщепляющих крахмал ферментов были термостабильными, например, чтобы выдерживать стадию нагрева на последующей стадии разжижения.

Крахмал и один или более расщепляющих крахмал ферментов, если они используются, можно перемешать вместе перед добавлением, или же их можно добавлять по отдельности, одновременно или в последовательности. Дополнительно их можно добавлять в несколько стадий или непрерывно. Предпочтительно, чтобы их добавляли одновременно, непрерывно, т.е. без значительного прерывания процесса от начала добавления и до конца добавления, без предварительного перемешивания.

Температуру в реакторе поддерживают при значении от 20 до 85°C, более предпочтительно - от 25 до 75°C, еще более предпочтительно - от 30 до 70°C, а еще более предпочтительно - от 35 до 60°C. Температуру можно поддерживать любым способом, известным в данной области, таким как применение реактора с двумя оболочками с циркуляцией воды нужной температуры, для того чтобы содержимое реактора сохраняло желательную температуру.

Предпочтительно вторую крахмальную суспензию в реакторе перемешивают. Перемешивание может достигаться любым подходящим способом, известным в данной области, например, с помощью стационарной мешалки.

pH второй крахмальной суспензии зависит от одного или более применяемых расщепляющих крахмал ферментов. Специалисту в данной области будет очевидно, какое значение pH следует достигать в зависимости от применяемого фермента. Предпочтительно выбран фермент с оптимальными рабочими условиями при pH от 3,5 до 6,5.

Вязкость второй крахмальной суспензии ниже вязкости крахмальной суспензии, содержащей по существу нативный крахмал, при том же содержании сухих веществ, температуре и pH. Данный эффект снижения вязкости позволяет проводить обработку крахмальной суспензии, имеющей более высокое содержание сухих веществ, чем в традиционных способах разжижения, как пояснено выше.

Часть второй крахмальной суспензии удаляют из реактора посредством выходного отверстия реактора и направляют на стадию разжижения. Удаленную часть заменяют крахмалом или крахмалом и расщепляющим крахмал ферментом (заменяющий материал), поддерживая содержание сухих веществ второй крахмальной суспензии на уровне от 30% в/в до 80% в/в. Предпочтительно удаление и замену проводят со скоростью, позволяющей получить среднее время удержания второй крахмальной суспензии в реакторе от 5 минут до 5 часов, предпочтительно - от 30 минут до 3 часов, более предпочтительно - от 2 часов до 3 часов. Предпочтительно удаление и замену второй крахмальной суспензии проводят одновременно. Предпочтительно количество удаленной второй крахмальной суспензии равно количеству добавленного заменяющего материала, в результате чего содержание сухих веществ второй крахмальной суспензии в реакторе не изменяется, а поддерживается на одном уровне, составляющем, как пояснено выше, от 30% в/в до 80% в/в. Более предпочтительно стадию удаления части второй крахмальной суспензии и направления ее на стадию разжижения, а также замену удаленной части крахмалом или крахмалом и ферментом проводят непрерывно, значительно не прерывая процесс. В этот момент процесс выполняется в непрерывном режиме. Таким образом, более предпочтительно, чтобы после получения продукта предварительного разжижения и повышения содержания в нем сухих веществ с получением второй крахмальной суспензии процесс выполнялся в непрерывном режиме: крахмал или крахмал и ферменты непрерывно добавляют в реактор, и часть второй крахмальной суспензии непрерывно направляют на разжижение, в результате чего стадия с процесса повторяется. Для цели настоящего изобретения «непрерывный» означает отсутствие значительного прерывания технологического процесса. Время указанного процесса может составлять от 5 минут до множества часов.

Необязательно перед стадией разжижения можно проводить дополнительную стадию. Например, данная дополнительная стадия может включать добавление фермента и при необходимости корректировку температуры и/или pH.

Разжижение является хорошо известным процессом в крахмальной отрасли, и условия разжижения (время, температура и т.п.) будут очевидны специалисту в данной области. В процессе разжижения вторую крахмальную суспензию, как правило, доводят до температуры от 90 до 255°C, предпочтительно - от 90 до 150°C, более предпочтительно - от 90 до 130°C, еще более предпочтительно - от 90 до 110°C. Нагрев можно проводить путем прямого нагнетания пара в струйном пропаривателе. Неожиданно было обнаружено, что в способе настоящего изобретения нагрев также можно проводить путем непрямого нагрева.

Разжижение путем нагнетания пара имеет недостаток, который заключается в том, что в крахмальную суспензию добавляют воду. Данную дополнительную воду потребуется удалить из продукта разжижения на более поздней стадии способа. Это требует энергии и затрат, является неэффективным и неэкологичным. Неожиданно было обнаружено, что присутствие расщепленного крахмала в крахмальной суспензии, поступающей на разжижение, имеет преимущество, которое заключается в том, что нагрев на стадии разжижения можно проводить путем непрямого нагрева, например, с помощью теплообменника «компаблок». При непрямом нагреве в крахмальную суспензию не добавляют воду, в результате чего устраняется указанный выше недостаток. Непрямой нагрев можно проводить любым подходящим способом, известным в данной области. Таким образом, процесс настоящего изобретения дополнительно отличается тем, что стадию разжижения проводят путем непрямого нагрева второй крахмальной суспензии при температуре от 90 до 255°C, предпочтительно - от 90 до 150°C, более предпочтительно - от 90 до 130°C, еще более предпочтительно - от 90 до 110°C.

После разжижения можно провести осахаривание. Разжиженный крахмал расщепляют до декстрозы путем воздействия осахаривающих ферментов, таких как глюкоамилаза или амилоглюкозидаза. После осахаривания получают раствор с высоким содержанием декстрозы, имеющий содержание сухих веществ, аналогичное или несколько превышающее содержание (вследствие химической наработки) во второй крахмальной суспензии, т.е. содержание сухих веществ составляет от 40% в/в до 80% в/в. Таким образом, содержащий декстрозу раствор, полученный в результате способа настоящего изобретения, имеет намного большее содержание сухих веществ, чем содержащие декстрозу растворы, получаемые в традиционных процессах гидролиза крахмала. Для получения декстрозных сиропов с желательным содержанием сухих веществ необходимо удалить меньшее количество воды. Таким образом, может потребоваться меньшее число стадий выпаривания или они могут не потребоваться вообще. Таким образом получают более экономически эффективный и экологичный способ. Необязательно декстрозу можно восстанавливать в форме кристаллической декстрозы, например, путем кристаллизации.

Альтернативно можно выполнить изомеризацию декстрозы с получением фруктозы.

Альтернативно после разжижения можно провести осахаривание до мальтозы. Получают мальтозосодержащий раствор с намного более высоким содержанием сухих веществ в сравнении с мальтозными растворами, получаемыми в традиционных способах. Мальтозосодержащий раствор имеет содержание сухих веществ, аналогичное или несколько превышающее содержание (вследствие химической наработки) во второй крахмальной суспензии, т.е. содержание сухих веществ составляет от 40% в/в до 80% в/в. Также в данном случае может потребоваться меньшее число стадий выпаривания или они могут не потребоваться вообще.

Дополнительно или альтернативно после стадии разжижения можно проводить любую другую подходящую обработку.

Наиболее предпочтительно настоящее изобретение относится к процессу, включающему:

- в реакторе - подачу первой крахмальной суспензии с содержанием сухих веществ от 30 до 35% в/в для предварительного ферментативного разжижения при температуре от 20 до 85°C с получением продукта предварительного разжижения, и

- добавление к продукту предварительного разжижения нативного крахмала и одного или более расщепляющих крахмал ферментов с получением второй крахмальной суспензии, имеющей содержание сухих веществ от 40% в/в до 55% в/в;

- удаление части второй крахмальной суспензии из реактора и ее направление на стадию разжижения, а также замену удаленной части нативным крахмалом с одним или более расщепляющими крахмал ферментами для поддержания во второй крахмальной суспензии в реакторе содержания сухих веществ на уровне от 40% в/в до 55%, и

- разжижение удаленной части при температуре от 90 до 130°C с получением продукта разжижения, и

- осахаривание разжиженной крахмальной суспензии до сиропов, содержащих декстрозу или мальтозу.

Способы измерения

Тест А. Измерение уровня растворимости крахмальной суспензии, содержащей расщепленный крахмал.

100 мл крахмальной суспензии, содержащей расщепленный крахмал, при приблизительно 40°C фильтровали через сложенный бумажный фильтр Macherey-Nagel (MN) 614 ¹/₄ диаметром 150 мм. Показатель преломления фильтрата при 20°C измеряли с помощью рефрактометра ATAGO DR-A1. Рефрактометр на основе показателя преломления рассчитывает содержание сухих веществ по Бриксу, и данное значение содержания сухих веществ по Бриксу соответствует уровню растворимости.

Примеры

Пример 1. Разжижение Р110329

0,03% в/в α-амилазы Spezyme Alpha PF производства компании Genencor (ранее известная как GC358) добавляли в первую суспензию пшеничного крахмала, имеющую содержание сухих веществ 32% в/в при 47°C, в баке с двумя оболочками. pH составляет приблизительно 5,7.

Температуру поднимали с 47°C до 54°C и поддерживали в течение 2 часов 20 минут. Получали продукт предварительного разжижения, имеющий уровень растворимости 12,5%.

Затем постепенно добавляли пшеничный крахмал (содержание сухих веществ 88%) с получением второй крахмальной суспензии, имеющей содержание сухих веществ 51,6% в/в. Также постепенно добавляли 0,03% в/в α-амилазы Spezyme Alpha PF и 0,034% α-амилазы Liquozyme Supra 2.8Х. Данная стадия добавления длилась 30 минут. В течение всего времени температуру поддерживали при 54°C. По данным измерений, уровень растворимости второй крахмальной суспензии составил 19,5%.

Вторую крахмальную суспензию отводили из бака со скоростью 130 л/ч. Одновременно в бак добавляли сухой пшеничный крахмал со скоростью 90 кг/ч (содержание сухих веществ 88%) и воду со скоростью 73 л/ч. В этот момент способ запускали в непрерывном режиме при добавлении свежего крахмала, ферментов и выведении второй крахмальной суспензии на стадию разжижения, и способ проводили при более высоком содержании сухих веществ, чем можно достичь при традиционном способе.

Вторую крахмальную суспензию, отводимую из бака и имеющую температуру 54°C, подавали в струйный пропариватель, где путем нагнетания пара температуру повышали до 107°C. Температуру поддерживали на уровне 107°C в течение 10 минут, а впоследствии после вскипания при атмосферном давлении температуру снижали до приблизительно 98°C. По данным измерений, значение DE продукта разжижения составило приблизительно 12, а содержание сухих веществ составило приблизительно 48% в/в.

Дополнительно разжижение проводили, собирая указанный продукт разжижения в течение 60 минут и удерживая в течение 60 минут при температуре от 95°C до 98°C до получения значения DE, равного 23,3. Продукт разжижения на данной стадии не содержит крахмала и может непрерывно направляться на дополнительные технологические стадии.

Пример 2. Разжижение Р120131

0,01% в/в α-амилазы Spezyme Alpha PF и 0,01% в/в Liquozyme Supra 2.8X добавляли в первую суспензию пшеничного крахмала, имеющую содержание сухих веществ 44,7% в/в, при 35°C в баке с двумя оболочками. pH составляет приблизительно 5,6. Температуру поддерживали на 35°C в течение 150 минут. Получали продукт предварительного разжижения, имеющий уровень растворимости 5,1%.

Продукт предварительного разжижения отводили из бака при 130 л/ч. Одновременно в бак добавляли крахмальную суспензию с содержанием сухих веществ 45% в/в при 130 л/ч.

Продукт предварительного разжижения, выходящий из бака, имеет температуру 35°C и непрерывно направляется во второй бак. Во второй бак добавляли 0,0085% Liquozyme Supra 2.8X на основании содержания сухих веществ. Среднее время удержания во втором баке составляло 20 минут. Данную смесь непрерывно подавали в струйный пропариватель, в котором путем нагнетания пара повышали температуру до 107°C, после чего смесь выдерживали при 107°C в течение 10 минут, а затем после вскипания при атмосферном давлении температуру снижали до приблизительно 98°C. По данным измерений, значение DE для данного продукта разжижения составило приблизительно 4,9, а содержание сухих веществ составило приблизительно 42,3% в/в.

Дополнительно разжижение проводили, собирая указанный продукт разжижения в течение 45 минут и удерживая его в течение 15 минут при температуре от 95°C до 98°C до получения значения DE, равного 12,9. На данной стадии продукт разжижения не содержит крахмала и может непрерывно направляться на дополнительные технологические стадии.

Настоящее изобретение относится к способу разжижения крахмала в крахмальной суспензии. Способ включает стадию подготовки в реакторе продукта предварительного разжижения с содержанием сухих веществ от 25 до 45% в/в. Затем добавляют крахмал в реактор, содержащий продукт предварительного разжижения, при температуре от 20 до 85°C с получением второй крахмальной суспензии. Вторая крахмальная суспензия имеет содержание сухих веществ от 30 до 80% в/в. После чего удаляют часть второй крахмальной суспензии из реактора и направляют ее на стадию разжижения, а также заменяют удаленную часть крахмалом для поддержания во второй крахмальной суспензии в реакторе содержания сухих веществ от 30 до 80% в/в. Причем первоначальная крахмальная суспензия имеет значение декстрозного эквивалента (DE) от 0,05 до 9 и содержит расщепленный крахмал. Изобретение позволяет реализовать эффективный способ разжижения крахмала при приготовлении крахмальной суспензии в режиме непрерывного производственного цикла и с оптимальной энергоемкостью. 7 з.п. ф-лы, 2 пр.

1. Способ разжижения крахмала, присутствующего в крахмальной суспензии, причем указанная крахмальная суспензия имеет значение декстрозного эквивалента (DE) от 0,05 до 9 и содержит расщепленный крахмал, отличающийся тем, что он включает стадии:

a) подготовки в реакторе продукта предварительного разжижения с содержанием сухих веществ от 25 до 45% в/в;

b) добавления крахмала в реактор, содержащий продукт предварительного разжижения, при температуре от 20 до 85°C с получением второй крахмальной суспензии, имеющей содержание сухих веществ от 30 до 80% в/в; и

c) удаления части второй крахмальной суспензии из реактора и ее направления на стадию разжижения, а также замены удаленной части крахмалом для поддержания во второй крахмальной суспензии в реакторе содержания сухих веществ от 30 до 80% в/в.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что один или более расщепляющих крахмал ферментов добавляют на стадии b) и/или на стадии c).

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что стадию c) повторяют.

4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что стадию c) выполняют непрерывно.

5. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что крахмал, добавленный на стадии b) и стадии c0, имеет содержание сухих веществ от 40 до 90% в/в.

6. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что крахмал, добавленный на стадии b) и стадии c), содержит нативный крахмал.

7. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что расщепляющие крахмал ферменты содержат α-амилазу.

8. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что вторая крахмальная суспензия имеет pH от 3,5 до 6,5.