Brevet FR2005306A1 — publié le 19691212

L'invention concerne un procédé économique de préparation de maltoses très pures, à hautes concentrations, à partir de bouillies variées d'amidon à 10# ou plus' et se rapporte en particulier au traitement par une a-1,6-glucosidase de l'amylopectine, 5 composant majeur, à structure ramifiée, de l'amidon. Jusqu'à maintenant, il était impossible de décomposer complètement l'amylopectine par une p-amylase ; celle-ci en effet décompose graduellement l'amylopectine jusqu'aux parties ramifiées, mais ne peut agir sur la structure à l'intérieur des liaisons de 10 ramification ou liaisons a-1,6-glucoside, laissant ainsi ce qu'on nomme une dextrine à p-limite. L'invention a pour objet principal de décomposer les liaisons de ramification de l'amylo-pectine par une «-1,6-glucosidase, hydrelysant ainsi sélectivement les parties ramifiées de la 15 structure en formant des molécules à chaîne droite comme l'amylose qui est complètement décomposé par une p-amylase ; l'amidon peut être ainsi entièrement décomposé en aaltose. Selon un autre objet de l'invention, on constate que, mfme après la décomposition complète de l'amidon par l'a-1,6-gluco-20 sidase, qui donne des molécules à chaîne droite, du type amylose, les molécules d*amylose à degré impair de polymérisation déposent ultériourMMnt du glucose eu mattriose par p-amylolyse ; ainsi, lorsqu'on soumettra à la p-amylolyse des molécules d'amylose d'un faible poids moléculaire, il se produira peu de maltose. 25 Cela signifie que, pour liquéfier ou gélatiniser l'ami don, sa décomposition doit être effectuée à un degré minimum, juste suffisant pour maintenir l'amidon sous forme liquide. Pour ces raisons, il est souhaitable d'utiliser une bouillie d'amidon à la plus faible concentration possible et de la gélatiniser au voisinage de 30 la neutralité plutôt que de la liquéfier avec une a-amylase ou un acide. Cependant, du point de vue industriel, il est presque impossible d'effectuer ainsi une gélatinisation uniforme d'amidon concentré à 10$ ou plus. Donc, pour la production industrielle il 35 faut recourir à un procédé dans lequel on tient compte de la concentration et de la pureté du maltose à produire. Afin de réaliser les améliorations décrites plus haut, l'invention fournit un procédé pour liquéfier une bouillie d'amidon très concentrée, à une température élevée. 40 Le procédé suivant l'invention consiste à gélatiniser BAD ORIGINAt 69 09813 2005306 et disperser une bouillie contenant au moins 10$ d'amidon, à une température d'au moins 100°C ; à refroidir rapidement la solution tout en la soumettant à l'action d'une quelconque a-1,6-glucosidase et p-amylase, de façon à obtenir du maltose très pur. 5 Cela fait suite au procédé décrit précédemment dans la demande de brevet français n° 156453 du 25 Juin 1968 déposée au nom de -la demanderesse, et intitulée s "Procédé pour la production de maltose de grande pureté*, selon lequel on chauffe et disperse à 100°C une bouillie d'amidon ; puis on chauffe à 130°C pour obte-10 nir une dispersion complète ou bien on décompose la dispersion à environ 90°C avec une faible vitesse de décomposition, par addition d'a-amylase. Cependant, il est souhaitable que la concentration en amidon avant réaction avec l'a~1,6-glucosidase, ne dépasse pas 10% ; celle-ci est trop faible pour une opération industrielle. Au 15 cours du développement de cette invention, on a effectué divers essais à des températures de gélatinisation supérieures à 100*C, afin d'obtenir une solution décomposée uniformément dispersée et renfermant des produits à haut poids moléculaire (solution dissoute gélatinisée). La liquéfaction par 1*a-amylase ne convient pas pour 20 liquéfier et disperser l'amidon de maïs et l'amidon de blé, car on ne peut éviter la formation de produits secondaires à bas poids moléculaires. On a ensuite étudié l'effet du chauffage et la dispersion de l'amidon au voisinage de la neutralité. On utilise en particulier dans ce qui suit, l'aaidon 25 de maïs, car celui-ci résiste généralement à une gélatinisation complète ; on chauffe en autoclave cet amidon dont la concentration dépasse 2C8o et tout en agitant, on observe l'état dispersé à différentes températures. On découvre que l'hydrolyse de l'amidon est très importante et que la viscosité tombe avec des températures 30 croissantes j après un laps de temps, le pouvoir est très augmenté et de plus la décomposition du dextrose luinmeme s'effectue de manière appréciable au-dessus de 170°C. Ainsi, on obtient un produit uniformément liquéfié en traitant l'amidon de façon à assurer un chauffage uniforme, à des températures pouvant atteindre 170°C. 35 Comme la gélatinisation et la dispersion à haute concentration entraînent une augmentation rapide de la viscosité dans la première étape de chauffage, il est souhaitable de disposer d'un appareillage en continu muni de moyens d'agitation puissants. En tenant compte de cela, bn utilise pour les expériences, l'équipèment en conti-40 nu du type à chauffage direct par la vapeur, décrit dans la demande 69 09313 3 2005306 japonaise publiée, n° 1998/1964- On obtient de bons résultats en utilisant une concentration de pulpe inférieure ou égale à 40% et une température ne dépassant pas 170°C, de préférence 150 à 160°C. Dans ces conditions et avec un temps de rétention de 10 à 30 minu-5 tes, on obtient une substance visqueuse, dispersée de façon homogène, dont la vitesse de décomposition correspond à un coefficient de conversion qui n'est pas supérieur à 1% (D.E). Un échangeur de chaleur rotatif du type à chauffage indirect fournit des résultats similaires. Dans ce dernier cas, comme il n'y a pas de dilution due 10 au passage de vapeur, il est souhaitable de ne pas avoir une concentration initiale de pulpe de plus de 35%. La solution d'amidon gélatinisée, ainsi préparée est une dispersion claire, visqueuse et homogène. Si la température tombe, elle devient blanche et rétrograde de façon inadéquate pour 15 une réaction enzymatique. Il est prudent pour cette raison, de refroidir la solution gélatinisée de manière rapide et uniforme et de la mélanger vigoureusement à l'enzyme avant que la rétrogradation n'apparaisse, provoquant ainsi la décomposition ; on a intérêt à diluer rapidement le mélange en le versant et le dispersant 20 sous agitation, dans une grande quantité de solution saccharifiée dont la viscosité diminue avec un degré convenablement élevé de saccharification. Etant donné la résistance à la chaleur de l'enzyme, il est intéressant de refroidir la solution entre 60° et 70°C, d'y mélanger la p-amylase et d'abaisser la température à 45°C alors 25 que la saccharification se poursuit ; on verse le mélange dans un réservoir à pulpe, sous agitation, tout en incorporant une a-1,6-glucosidase. Dans un équipement pris à titre d'exemple, on pulvérise la solution d'amidon gélatinisée dans un refroidisseur à vide et, tout en contrôlant la pression et en maintenant la température 30 entre 60 et 70°C, on pulvérise aussi une solution de P—aœylase à 60°C dans le même refroidisseur à l'aide d'une pompe doseuse ; les deux solutions sont ainsi vigoureusement mélangées sous-forme de fines gouttelettes. On accomplit presque simultanément le refroidissement et le mélange en opérant ainsi. La solution résultante 35 est refroidie à 45°C et, tout en ajustant correctement le. pH, on ajoute l'a-1,6-glucosidase j on mélange à l'aide d'un malaxeur et verse le tout dans le réservoir à pulpe, tout en poursuivant l'agitation. On est donc parti de solutions d'amidon gélatinisées, de haut poids moléculaire et faible vitesse de décomposition, qu'on à 40 préparé de la façon décrite plus haut avec de hautes concentrations, 69 09813 2005306 et on a pu produire du maltose d'une pureté supérieure à celle des produits classiques, ainsi que l'illustrent les exemples suivants EXEMPLE 1 5 On ajuste de l'amidon de maïs purifié au pH 5 à 6 et à une concentration de 15 à 35%. On utilise un équipement de liquéfaction continue de l*amidon (décrit dans la demande précitée, japonaise n° 1998/1964)et on force la solution dans une colonne munie de chauffage et d'agitation par plusieurs pales, à travers 10 une pompe doseuse. On introduit également de la vapeur sous pression au bas de la colonne ; la température à l'intérieur de la colonne est ajustée automatiquement à la tranche de 160 à 165°C et la vitesse d'écoulement contrôlée de façon à laisser un temps de rétention de 15 minutes. La vitesse de décomposition de la solu-15 tion gélatinisée ainsi obtenue correspond à coefficient de conversion de 0,5 à (D.E). Si l'on varie la concentration de l'amidon injecté, on détermine la concentration de la solution gélatinisée et utilise la p-amylase à raison de 100 unités par gramme d'amidon On pulvérise la solution gélatinisée dans un refroidisseur à vide 20 à travers une buse supérieure ; on introduit en même temps la p-amylase en quantité précisée plus haut, par une b*se pulvérisant l'enzyme, située à la partie supérieure du refroidisseur. On aélan ge les deux substances à une température maintenue à 65°C. On soutire de façon continue le mélange à la partie inférieure du refroi 25 disseur à vide et le refroidit dans un échangeur de température jusqu'à 45-50°C, et sous agitation on y introduit immédiatement de force une ir-1,6-glucosidase (par exemple celle qui est décrite dans la demande de brevet japonais n° 34867/1967) a raison de 20 unités par gramme d'amidon mesurés par une pompe doseuse. Le pH du 30 mélange est ajusté entre 5,7 et 6,0. On injecte ce mélange immédia tement dans un réservoir à pulpe et le laisse réagir là à 45°C pendant 48 heures. Les résultats sont indiqués ci-dessous. (Voir tableau page suivante) Concentration de la pulpe avant saccharification. 10,0 ( 10,0) 11,5 13,0 Coefficient de conversion (D.E) 62,2 (61,5) 62,0 61,8 Composition des saccharides : Glucose % 0,5 (1,0) 0,5 0,8 Maltose % 95,1 (93,0) 94,7 94,5 Malttriose % 2,4 (4,5) 3,3 3,0 Saeeharides .supérieurs % 2,0 (1,5) 1,5 1,7 o sQ O 13,7 14,5 16,1 (2OJQ) 23,1 30,0 2 U> 62,0 60,8 60,2 (53',2) 60'2 60,2 1,0 0,9 1,1 0,9 (1»5). 0,6 0,5 93,1 92,5 91,3 90,8 (86,8) 90,0 91 s 4,3 4,7 4,8 5,2 (7,0) 5,0 5,0 1,6 1,9 2,8 3,1 (4,7) 4,4 4,5 K> O O Ln OJ o o 69 09813 2005306 On estime la composition"des saeeharides par ehromatographie sur papier. Les valeurs entre parenthèses représentent les résultats des tests correspondants effectués selon la demande de brevet français n° 156453 précitée. 5 On constate d'après ces données, que la liquéfaction à haute température et la saccharification à haute concentration selon 1*invention constituent un progrès technique remarquable sur le procédé précédent proposé par le même demandeur. Le présent procédé permet d'effectuer une saccharification avec une concen-10 tration plus que doublée et repousse la limite de décomposition (ou la pureté du maltose). Alors qu'il était difficile d'obtenir .* du maltose avec une grande pureté, le procédé de l'invention fournit directement des produits purs à plus de 9C%& et représente donc une grande amélioration du point de vue industriel. De plus, si 15 l'on doit fabriquer un produit pur à 10C£&, une différence de quelques pourcents en pureté au voisinage de 9056 peut exercer une influence essentielle sur une recristallisation consécutive } l'invention présente donc un grand intérSt et apporte des avantages , pratiques extrêmes. 20 I EXEMPLE 2 On prépare une solution d'amidon gélatinisée en traitant de l'amidon de maïs purifié, selon la procédure de l'exemple 1. On décompose cette solution avec de 1'a-1,6-glucosidase pro- j 25 duit par Lactobacillus plantarum. On a découvert cet enzyme récemment ; il résiste mieux à la chaleur que l'enzyme similaire provenant du genre Aerobacter, car il supporte des températures de 55°C ou plus. De plus, il présente une réaction optimale à une température supérieure à 50°C. On ajoute l'enzyme à la solution 30 gélatinisée de la façon suivante : à la partie supérieure d'un appareil réfrigérant à vide, on pulvérise la solution maintenue à plus de 150°C et on la refroidit à 50-56°C. Pendant ce temps, on pulvérise la solution d'enzyme Lactobacillus chauffée à 45°C, à la partie supérieure du refroidisseur à vide, à raison de 20 à 35 30 unités par gramme d'amidon. On ajuste le pH du mélange de 6 à 7. Pendant le refroidissement à 45-50°C de la solution, on mélange vigoureusement la p-amylase introduite dans la solution à raison de 100 unités par gramme d'amidon. On a essayé également de prémélanger la p-amylase avec 40 . l'enzyme Lactobacillus et d'ajouter ce mélange à la solution I rCOPY" f 69 09813 7 2005306 d'amidon gélatinisée. Le résultat est le même. La solution en réaction est maintenue entre 45 et 50°C pendant 48 heures. La réaction achevée, la solution est chauffée, décolorée selon la manière habituelle, purifiée par échange d'ion* 5 puis concentrée et cristallisée avec 10% d'eau. L'analyse par ehromatographie sur papier n'indique aucune différence significative entre la composition de saeeharides ainsi obtenue et celle produite dans l'exemple 1. On a donc obtenu ainsi des produits incolores de haute pureté renfermant 9Q%> ou plus de maltose, à partir de solu-10 tions réactives de concentrations supérieures à 20% en amidon. 69 09813 8 2005306 REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation de maltoses à partir d'amidons, caracté risé en ce qu'on effectue une gélatinisation et une dispersion uniforme d*une bouillie d'amidon a une concentration au moins supérieure à 10% et une"température d'au moins 100°C et avant que la rétrogradation n'apparaisse, on mélange vigoureusement la masse avec une p-amylase et une a-1,6-glucosidase pour effectuer la saccharification. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la bouillie d'amidon est gélatinisée à une température de 100 à 170°C. 3. Procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la bouillie d'amidon gélatinisée est refroidie rapidement à une température de 40 à 70°C et ensuite additionnée de P-amy-lase et d'une a-1,6-glucosidase. 4. Procédé suivant les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce qu'on ajoute la p-amylase à la bouillie d'amidon gélatinisée refroidie à 60-70°C, puis on ajoute une a-1,6-glucosidase à la bouillie refroidie à 40-50°C. 5. Procédé suivant les revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on ajoute uune a-1,6-glucosidase résistante à la chaleur, produite par Lactobacillus, à la bouillie d'amidon gélatinisée refroidie a 50-60°C, puis on ajoute une p-amylase après refroidissement de la bouillie à 40-50°C. 6. Procédé suivant les revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on refroidit la bouillie d'amidon gélatinisée en la pulvérisant dans un appareil réfrigérant à vide. 1. Procédé suivant les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, pour effectuer la saccharification, on maintient la température du système de 45 à 60°C et le pH qui est le plus convenable pour les enzymes ajoutés, jusqu'à ce que la réaction soit achevée après addition de toutes les enzymes.