Brevet FR2288149A1 — publié le 19760514

La présente invention concerne dans son ensemble la préparation d'un amidon très soluble et elle a plus particulièrement trait à la préparation dtun composant du lait de remplacement, intéressant à utiliser dans l'alimentation des veaux, des porcelets, des chiens et d'autres animaux, y compris les entres humains. les produits amylacés de ce type à fort pourcentage en matières solubles sont très digestes et leur équivalent de dextrose est si faible qu'il n'y a pas à craindre que les veaux soient atteints de diarrhée lorsqu'ils absorbent des pourcentages de ces produits supérieurs à la normale. Il est bien connu d'utiliser des dispositifs de séchage à rouleaux pour sécher amidon, Par exemple, le brevet des Etats-Unis dsAmérique N 1 105 567 a fait connattre que de amidon et des agents chimiques tels que des acides ou des bases peuvent etre mélangés ensemble et séchés sur rouleaux pour former des colles. le séchage sur rouleaux est très utilisé dans lXin- dustrie pour éliminer l'humidité de l'amidon, en donnant un produit sec ou semi-sec. Toutefois, un simple séchage sur rouleaux d'une suspension aqueuse dtamidon donne un produit qui ne contient qu'environ 10 à 15 % de matières solubles. Il est également bien connu d'utiliser des-enzymes pour liquéfier l'amidon. Entre autres, les brevets des Etats-Unis d'Amérique N 1 677 615 et N 2 364 590 décrivent des procédés de liquéfaction de l'amidon à l'aide d'enzymes liquéfiants. Par exemple, l'amidon est mélangé avec de liteau et ltenzyme liquéfiant est ajouté au mélange, puis ce dernier est chauffé à la température réaction de enzyme, qui est habituellement comprise entre 60 et 98 C. Après que l'enzyme a réagi, la réaction est arrttée par chauffage à une température assez haute pour le désactiver ou par addition d'un acide, ou par ces deux possibilités. Cette opération dure en général au moins 20 minutes. le produit amylacé final est peu visqueux. L'amidon est très souvent soumis à deux traitements, d'abord un traitement acide, puis un traitement enzymatique, ou bien à deux traitements enzymatiques successifs. Be premier traitement liquéfie l'amidon et le record le saccharifie jusqu'à un faible équivalent de dextrose. il serait avantageux de réduire le nombre de traitements dans la préparation de produits amylacés ayant à la fois une grande solubilité et un faible équivalent de dextrose. Il serait aussi avantageux de réduire la durée de la réaction. Conformément au brevet des Etats-Unis d'rubrique N 3 371 018, de l'amidon, de l'eau et une alpha-amylase bactérienne sont chargés à la partie inférieure d'une colonne verti- cale et chauffés jusqu'à la température d'hydrolyse à une pression supérieure à la pression atmosphérique, pour réduire la viscosité de la dispersion d'amidon. Cette dernière est maintenue à l'état fluide en tous points de la colonne par une agitation correcte à l'aide de pales. la réaction dure 6,7 à 15 minutes et donne un produit final contenant respectivement 26,6 et 58,6 % de matières sèches.Toutefois, il serait désirable d'obtenir un produit à plus forte teneur en amidon en une plus courte période de temps, et aussi d'éviter l'utilisation de pressions supé- rieures à la pression atmosphérique. Le brevet canadien N 884 289 concerne un procédé de préparation d'une colle amylacée dans lequel - un mélange amidon et d'un enzyme liquéfiant est déshydraté et séché à l'air ; le produit sec garde une activité enzymatique. Lorsque le produit sec à base d'amidon et enzyme est redispersé dans l'eau et chauffé, il liquéfie l'amidon. Ce produit est préparé par mélange amidon et d'un enzyme liquéfiant, puis déshydratation du mélange jusqu'à une teneur en eau de 10 à 14 %.Le séchage est effectué à l'air chaud (71 à 121 C). Lorsque ce mélange sec amidon et d'enzyme est redispersé dans l'eau pour former une dispersion à 18 % d'amidon et que cette dispersion est chauffée, l'enzyme liquéfiant est encore actif et donne des amidons de faible viscosité. La liquéfaction dure environ 50 minutes, à une température de chauffage de 21 à 78 C, et enzyme est désactivé par chauffage du mélange à une température de 93 à 990C. Ce procédé n'améliore ni le rendement ni la rapidité des procédés antérieurs de liquéfaction de amidon. La liquéfaction proprement dite est la meme que dans l'art antérieur. Le but de l'invention réside dans l'obtention de produits secs amylacés à faible équivalent de dextrose et à forte teneur en matières solubles, par un procédé à une seule opération, qui peut aussi être mis en oeuvre en continu. Ce procédé permet un traitement rapide de l'amidon qui donne des produits amylacés secs à faible équivalent de dextrose et à forte teneur en matières solubles. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre. On vient de découvrir qu'il est possible d'atteindre ces objectifs en soumettant de amidon à un concours de conditions impliquant un enzyme, la chaleur et un séchage sur rouleaux. Ainsi, un mélange d'amidon, d'eau et d'un enzyme liquéfiant peut etre séché sur des rouleaux qui le chauffent à des températures propices à l'hydrolyse enzymatique de l'amidon. On a constaté le fait surprenant qu'après des durées de réaction inférieures à 6 minutes, le produit amylacé a un faible équivalent de dextrose,inférieur à 10 et une forte teneur en matières solubles, supérieure à 80 So. On prépare une dispersion d'amidon, d'eau et d'enzyme propre à être traltée sur l'appareil de séchage à rouleaux, c'est-à-dire qu'elle ne doit pas être assez fluide pour s' couler entre les rouleaux ni assez épaisse pour empêcher les rouleaux de fonctionner. L'amidon peut provenir d'origines diverses telles que des amidons de céréales comme le malus, le sorgho et le blé, des amidons cireux tels que ceux du mil et du mais, et des fécules telles que la fécule de pomme de terre et la fécule de manioc. On peut aussi trouver d'autres sources d'amidon dans les circuits de fabrication de l'amidonnerie et de la maiserie. Ce sont par exemple les suspensions d'amidon, les farines intégrales de mais, les farines de mais blutées, les grits de mais (semoule de mais dégermé),l'effluent des centrigugeuses, le soutirage des clarificateurs ou le produit de la première mouture après le dégermage.Cn peut utiliser de même diverses autres matières amylacées brutes classiques. Il y a lieu de remarquer que le terme "amidon" utilisé dans le présent mémoire désigne de semblables produits amylacés. L'amidon peut être dégraissé. il peut aussi entre cru ou précuit lorsqu'il est soumis au séchage sur rouleaux. D'autres protéines ou d'autres ingrédients peuvent accompagner l'amidon, pour autant qu'ils ne sont pas présents en quantités assez grandes pour compromettre les avantages de la présente invention. Une Eetite quantité de l'enzyme liquéfiant ou saccharifiant est mélangée avec la dispersion d'amidon. Bes alpha-amylases, notamment d'origine bactérienne, sont des exemples avantageux d'enzymes. L'enzyme doit être ajouté en quantité suffisante pour obtenir une liquéfaction importante de l'amidon, mais une trop grande quantité d'enzyme peut avoir pour effet de liquéfier l'amidon à un point tel qu'il ne puisse plus entre traité sur les séchoirs à rouleaux. La quantité requise de préparation d'alpha-amylase bactérienne pour l'obtention de l'bydro- lysat désiré d'amidon dépend de l'activité de cette préparation. Des additifs tels qu'une base ou du chlorure de calcium peuvent eAtre ajoutés pour améliorer les caractéristiques de stabilité à la chaleur et de réaction de enzyme que l'on utilise. Divers additifs peuvent être utilisés pour des enzymes différents. Un enzyme avantageux à utiliser pour l'hydrolyse de l'amidon en produits de grande solubilité et à faible équivalent de dextrose, conformément à l'invention, est celui du type ordinairement appelé alpha-amylase bactérienne dans la pratiqve.Il s'agit dune alpha-amylase hydrolytique résistant à la chaleur, qui liquéfie l'amidon. Des alpha-amylases bactériennes convenables peuvent être produites par certaines souches de Bacilles subtilis, Bac-llus mesentericus, etc, par des procédés classiques de fermentation. Le produit "HT-1000" est une préparation d'alpha-amylase bactérienne produite et vendue sous cette marque par la firme Miles Chemical Laboratories, et il s'agit d'une préparation en7ymatique que l'on peut utiliser dans la présente invention.D'autres alpha-amylases bactériennes convenables comprennent le produit "Rhozyme H-39" de la firme Rohm and Havas, le produit "0PR-8" de la Wallerstein Division of Baxter baDora- tories, Inc. et le produit"Tenase" de la firme Miles Chemical Laboratories. Avant le séchage sur rouleaux, on doit entretenir des conditions qui s'opposent à une hydrolyse sensible de l'ami- don sous l'effet de l'enzyme. On peut y parvenir habituellement en maintenant le mélange à des températures inférieures à 400C. Par exemple, on n'observe pas de réaction notable lorsque des mélanges sont maintenus au-dessous de cette température pendant des périodes de 3 à 4 heures. Ainsi, lorsque la suspension est séchée sur rouleaux, l'amidon est soumis simultanément à réaction de l'alpha-amylase bactérienne et à l'action du séchage. Ct est l'action simultanée de ces deux traitements qui entraîne l'hydrolyse très rapide et très efficace de l'amidon. Ce résultat est très surprenant, attendu que enzyme nécessite la présence d'eau pour réagir avec amidon alors que l'eau est rapidement éliminée. On peut utiliser un type quelconque de séchoir à rouleaux. Par exemple, on peut utiliser des rouleaux Gouda munis de rouleaux auxiliaires ou de rouleaux applicateurs On peut aussi utiliser des séchoirs à rouleaux Hatmaker. La chaleur est normalement produite par les rouleaux qui peuvent entre chauffés à toute température à laquelle une liquéfaction sensible a lieu, habituellement, 60 à 980C. La température est avantageusement comprise entre 90 et 950C. La dispersion d'amidon peut être préalablement chauffée juste avant d'entre appliquée aux rouleaux. pour accélérer le chauffage de l'amidon. De mimez l'amidon peut être précuit à la vapeur avant d'8tre amené aux rouleaux. La suspension d'amidon et d'enzyme est séchée sur rouleaux pendant des périodes variables de contact, avantageusement comprises entre 1 et 6 minutes. Si l'amidon est maintenu sur les rouleaux pendant une trop longue période de temps, il est fluidifié à tel point qu'il s'écoule des rouleaux et qu'il ne peut pas être traite. La quantité de pate se trouvant sur les rouleaux influence la durée de contact nécessaire pour l'obtention du produit désiré. la durée de contact est d'autant plus longue que la quantité de plate sur les rouleaux est plus grande. De mime, l'amidon réagit d'autant plus vite jusqutà une teneur donnée en matières solubles que la quantité de pâte se trouvant sur les rouleaux est plus faible. Les produits préparés par le procédé de l'invention ont habituellement une faible activité enzymatique rémanente. Si cette faible activité est indésirable, par exemple lorsque le produit est destiné à des êtres humains, cette activité rémanente de enzyme peut Aetre neutralisée par des procédés connus en pratique, par exemple par chauffage du produit amylacé contenant enzyme à des températures qui désactivent ce dernier. lies produits amylacés préparés par le procédé de l'invention ont un faible équivalent de dextrose, normalement inférieur à 10 et une forte teneur en matières solubles, norrnale- ment supérieure à 80 . Ces produits sont très intéressants à utiliser pour l'alimentation des veaux, comme produits de remplacement partiel du lait. En raison de leur faible équivalent de dextrose, ces produits peuvent autre ajoutés à la nourriture des veaux en plus grande quantité que les substituts d'amidon de étant antérieur, sans provoquer de diarrhée . De mimez du fait de la forte teneur en matière solubles, les produits amylacés sont plus facilement adsorbés par les veaux. Le prodédé de l'invention est illustré par les exemples suivants, donnés à titre non limitatif. Exemple 1 Préparation de la suspension à sécher sur rouleaux On ajoute à une dispersion d'amidon lavée à l'hydrocyclone Dorr, de densité égale à 1,17 et de pH égal à 5,25, 400 milligrammes par kilogramme de CaCl2 anhydre,sur base sèche, par rapport à l'amidon. Après avoir élevé le pH de la dispersion à 5,95 par l'addition de carbonate de sodium calciné, on ajoute 0,05 % de "Tenase" (alpha-amylase), sur base sèche par rapport à l'amidon. On effectue l'addiction de chlorure de calcium et ltajustement du pH de la dispersion pour établir respectivement les conditions optimales de stabilité à la chaleur et d'activité de l'enzyme. Ces opérations dépendent donc du type de ltenzyme que lton utilise et sont évidentes pour un spécialiste en ce domaine.La température de la dispersion est de 37 C. L'activité dextrinifiante de l'enzyme appelé "Tenase" est égale à 1312 unités SEB par gramme. Exemple 2 Séchage sur rouleaux La dispersion de l'exemple i est séchée sur des rouleaux Gouda. Elle est précuite à la vapeur vive dans le cas de la série I ; pour les sériesII et III, la dispersion non gélatinisée est chargée sur les rouleaux. Pour les séries I et II, l'essai A est conduit avec un seul rouleau applicateur, l'essai B est conduit avec deux rouleaux applicateurs et l'essai C est conduit avec trois rouleaux applicateurs. Dans la série III, les essais A et B sont seuls conduits, le premier avec un seul rouleau à raclette et le second avec deux de ces rouleaux.Pour chacun des huit essais, la durée de production est d'environ 6 à 7 minutes, la quantité de produit se trouvant sur les rouleaux étant à peu près constante. les échantillons sont recueillis directement sur la pellicule détachée des rouleaux, broyés dans un broyeur à marteau de laboratoire et tamisés sur un tamis de 200 microns d'ouverture de maille. Dans tous les cas, la pression de la vapeur d'eau dans les rouleaux est maintenue égale à 6 bars, la température de la pate sur les rouleaux étant toujours comprise entre 95 et 990C. La durée de contact de la pate avec les rouleaux est déterminée par mesure du volume en litres de dispersion arrivant sur les rouleaux pendant 15 minutes et le volume en litres de pite sur les rouleaux est déterminé par mesure du diamètre et de la longueur du rouleau de patte. Durée totale de contact (mu) = litres de pâte sur les rouleaux litres de dispersion chargée/mn La durée totale de contact n'est pas calculée séparément pour chaque rouleau de patte, mais pour la quantité totale de produit traitée sur les rouleaux. IQ matière sèche de la patte n'est pas prise en considération, par suite du manque d'homogénéité de cette patte en ce qui concerne ladite matière. On a déterminé les teneurs en matières solubles, en humidité et en sucres réducteurs des produits séches sur rouleaux. les résultats sont indiqués sur le tableau I suivant. Méthode utilisée pour déterminer la teneur en matières solubles On disperse 1 g d'amidon dans 50 cm3 d'eau distillée et on agite la dispersion pendant 1 heure. Ensuite, on centrifuge la solution d'amidon en 10 minutes à 2500 tr/mn. On évapore l'eau d'un échantillon de 20 cm3 de la phase liquide supérieure et on détermine la quantité de matière sèche par pesée. Teneur en matières solubles (%) = poids x 2,5 x 100. TABLEAU I N de l'essai Ia Ib Ic IIa IIb IIc IIIa IIIb Vitesse, tr/mn 9 9 9 9 9 9 10 10 Mode d'alimentation produit Produit Produit Produit Produit Produit Produit Produit précuit précuit précuit non géla- non géla- non géla- non géla- non géla tinisé tinisé tinisé tinisé tinisé Nombre de rouleaux à 1 2 3 1 2 3 1 2 raclette Effet de liquéfaction 1er rouleau à pâte normal normal normal normal normal normal normal normal 2e rouleau à pâte fort fort fort fort fort 3e rouleau à pâte très fort très fort Quantité de pâte sur les rouleaux, 1/mn 8,5 45 108 8,5 45 108 6,4 60 Débit d'alimentation des rouleaux, l/mn 4,2 8,4 14,7 2,1 8,4 18,9 5,3 9,8 Durée totale de maintien de la quantité totale de pâte sur les rouleaux, mn 2,0 5,4 7,33 4,0 5,4 5,7 1,2 6,2 Analyse :: Matières solubles, % 75 82 53 91 86 84 87 73 Sucres réducteurs, % 4,6 5,1 0,8 3,8 3,5 2,0 5,2 2,5 Humidité, % 0,8 3,8 7,5 3,8 2,9 4,1 2,6 3,7 Matière sèche, % 96,4 97,4 96,2 98,9 96,5 92,6 98 96,6 Equivalent de dextrose 4,7 5,2 0,7 4,2 3,4 2 5,1 2,5 Exemple 3 Effet de la quantité d'enzyme Sévie IV Cet exemple illustre l'effet exercé par l'utilisation de diverses quantités d'enzyme. On ajoute de l'alpha-amylase bactérienne (produit "Tenase")à une dispersion amidon natif de mais de densité égale à 1,19. lie cas échéant, on ajuste le pH à 5-6. La dispersion d'amidon est ensuite séchée sur des rouleaux applicateurs. Quantité de "Tenase" liquide, % Matières solubles, par rapport à la suspension sur base sèche ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 0,0 13 0,01 37 0,04 72 0,07 94 0,1 Le traitement n'est pas possible, attendu que l'amidon s'écoule Il résulte d'une élévation de la teneur en alphaamylase que la dispersion d'amidon devient de plus en plus fluide. Toutefois, la teneur en alpha-amylase est avantageusement comprise entre 0,05 et 0,07 %. Séries V/VI lies essais de cette série sont conduits en vue de déterminer la quantité dtenzyme nécessaire lorsqu'un amidon brut est mélangé avec des égouts de premier jet de dextrose qui arrive sur les rouleaux. Les dispersions sont précuites avant d'être chargées sur les rouleaux. Formulation V VI Amidon de mais 59,5 % 55,5 % Sirop d'égout de premier jet 40,0 % 40,0 % CaCl2/MgCl2 400 ppm 4,0 % Monostéarate de glycérol 0,5 % 0,5 % Anti-oxydants 200 ppm 200 ppm Variations de la teneur en enzyme Matières solubles totales 0,00 % 0,01 % 0,02 % 0,03 % 0,04 % V 50 % 72 % 94 % VI 54 % 60 % 71 % Quantité initiale de matières solubles provenant du sirop d'égout et du sel V 40 % 40 % 40 % 40 % VI 44 % 44 % 44 % 44 % Matières solubles provenant de l'amidon V 10 % 32 9k 54 % VI 10 10 % 16 % 27 % % Degré de solubilisation de amidon V 17 % 54 % (66 %)* (78 %)* 92 % VI 18 % 29 % 48 % (65 %)* (82 %)* *Valeurs calculées Pour la série V, il apparaît qu'une quantité de 0,03 % de "Tenase" constitue la proportion optimale que l'on doit utili ser, attendu qu'elle donne une quantité de matières solubles pratiquement égale'à 80 %, et que la mise en oeuvre du procédé est toujours possible. L'addition d'un mélange à 50:50 de MgCl2 et de CaCl2 à une concentration de 4 Ho comme dans la série VI semble ne pas convenir. Une trop grande quantité d'enzyme est requise pour obtenir le taux convenable de matières solubles et l'empois d'amidon est si fluide que le procédé ne peut pas être mis en oeuvre. exemple 4 Formulation Amidon de maSs 94,5 % Sirop d'égout de premier jet 5,0 % G.M.S 0,5 % "Tenase" 0,05 % Anti-oxydant 200 ppm On ajoute à un amidon lavé à lthydrocyclone Dorr, de densité égale à 1,17 et de pH égal à 5,25, 400 parties par million de chlorure de calcium anhydre par rapport à l'amidon sur base sèche. Après avoir élevé le pH de la dispersion à 6,25 à 11 aide de carbonate de soude t on ajoute une quantité de 0,05 % de "Tenase" (alpha-amylase), par rapport à l'amidon sur base sèche.On ajoute le chlorure de calcium et on ajuste le pH de la dispersion de manière à obtenir respectivement les con disions optimales de stabilité à la chaleur et d'activité de enzyme. Ces opérations dépendent du type d'enzyme que l'on utilise et sont évidentes pour un spécialiste en ce domaine. La température de la dispersion est de 37 C. B'activité dextrinifiante du produit ',Tenase', est de 1312 unités SKB par gramme. La dispersion obtenue est séchée sur rouleaux Gouda. On fabrique ainsi 14 tonnes de produit ayant les caractéristiques analytiques suivantes Matières solubles = 83 % Matière sèche = 95 % équivalent de dextrose = 6,7. B'invention offre donc un procédé direct et rapide de fabrication de produits amylacés solides très solubles et à faible équivalent de dextrose, procédé qui résulte de façon inattendue de la combinaison de deux opérations classiques de traitement. Il va de soi que la présente invention nta été décrite qu'à titre explicatif mais nullement limitatif, et que de nombreuses modifications peuvent y tre apportées sans sortir de son cadre. -REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation de produits amylacés à forte teneur en matières solubles par hydrolyse enzymatique de l'amidon, caractérisé par le fait qutil consiste à préparer une dispersion d'amidon ou d'une matière amylacée, d'eau et d'un enzyme liquéfiant ou saccharifiant, à chauffer la dispersion à une température choisie de manière que l'enzyme hydrolyse l'amidon et à la sécher en même temps sur rouleaux. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'enzyme utilisé est une alpha-amylase bactérienne. 3. Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'opération de séchage sur rouleaux dure 1 à 6 minutes. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'opération de chauffage est conduite par transfert de chaleur des rouleaux ou d'un séchoir b rouleaux à ladite dispersion. 5. Procédé suivant ltune quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les rouleaux des séchoirs sont maintenus à une température de 90 à 950C.