Brevet FR2607151A1 — publié le 19880527

1j 2607151 La présente invention concerne un procédé de préparation de mélanges glucose/fructose/saccharose à partir de saccharose à l'aide d'invertase immobi- lisée. Ces mélanges glucose/fructose/saccharose se trouvent habituellement dans le commerce sous forme de sucre liquide inverti ou selon les cas de sirop de sucre inverti et sont des produits inter- médiaires importants de l'industrie alimentaire, pharmaceutique et chimique. On les utilise pour la production de desserts et produits de boulangerie, boissons, antibiotiques, enzymes, hormones et d'autres encore. On connait un grand nombre de procédés d'hydrolyse du saccharose avec de l'invertase immo- bilisée, qui se différencient par le procédé d'immo- bilisation et le support. Par adsorption l'invertase est par exemple 2 2607151 liée à un échangeur d'ions. macroporeux à base de polystyrène (Amberlite IRA 93) (brevet français N 2 233 334) ou à du charbon d'os (brevet britan- nique N 564 270). On connait en outre des procédés d'immobi- lisation par liaison covalente. Comme exemples on peut citer la liaison sur la grenaille (P. Monsan, D. Combes et I. Aiemzadeh, Biotechnol. Bioeng. 26, 658 (1984); P. Monsan et D. Combes, Biotechnol. Bioeng. 26, 347 (1984)) et sur un poly(aminométhyl- styrène) (Wofatit Y 58) (J. Mansfeld et A. Schellen- berger, Acta Biotechnol. 6, 89 (1986)). L'inclusion d'invertase dans des matrices polymères, p. ex. de gélatine (A.I. Krauze, Zesh. i5 Nauk Ser. 1 88, 39 (1981)) ou d'alginate de calcium (Y.Y. Linko, L. WeckstrOm et P. Linko, Food Process Eng. Ind., 1979, 81) est un autre mode opératoire de préparation de l'enzyme immobilisée. Selon le procédé d'immobilisation et le support apparaissent avec la plus grande partie des complexes invertase-support connus pour l'hydrolyse de la saccharose une série d'inconvénients, si bien que l'utilisation d'invertase immobilisée ne se répand que peu à peu à l'échelle industrielle.> Ces inconvénients peuvent apparaître en matière de! prix, de stabilité mécanique ainsi que de stabilité d'opération du complexe invertase- support, cette dernière dépendant dans une large mesure de la pureté et de la concentration du substrat et de la température de la réaction. L'importance de l'influence du pH sur la stabilité de l'opération 3 26607151 dépend également de la concentration du substrat. L'efficacité catalytique des enzymes dépend également du pH. Pour l'invertase on indique un pH optimal d'un ordre de grandeur compris entre 4,0 et 5,5 (W. Hartmeier, Gordian Int. Z. f. Lebens- mittel und Lebensmitteltechnologie 78, 320 (1978)), o l'on en vient à des déplacements de l'optimum de pH lors de l'immobilisation en fonction du procédé d'immobilisation et du support. Pour le réglage de l'optimum de pH on prévoit donc dans les procédés connus d'hydrolyse enzymatique du saccharose des récipients d'agitation qui présen- tent cependant des inconvénients pour la continuité ainsi que la rentabilité du procédé quant au coût en main-d'oeuvre et à l'importance des investis- sements. Des inconvénients analogues apparaissent dans le réglage du pH de solutions sucrées avec des échangeurs d'ions, que l'on emploie dans l'in- dustrie du sucre pour l'élimination de la chaux ou des sels. Les procédés connus indiquent également qu'ils travaillent à l'optimum de pH de l'invertase immobilisée correspondante, bien que dans les condi- tions industrielles connues ce pH soit difficile à régler et à maintenir constant. L'objet de l'invention est de réaliser de façon continue, économique, en maintenant à un faible niveau les dépenses d'appareil et manuelles, en évitant l'utilisation de corps étrangers, l'hydro- lyse de saccharose avec de l'invertase immobilisée 4 2607151 pour la préparation de mélanges glucose/fructose/sac- charose de concentration et de pureté élevées. L'invention répond au besoin de mettre au point un procédé, simple quant aux appareils, à réaliser de façon continue, d'hydrolyse du saccha- rose avec de l'invertase immobilisée, avec lequel on puisse préparer le sucre liquide inverti ou selon les cas le sirop de sucre inverti avec une concen- tration et une pureté élevées. Ce besoin est satisfait par l'utilisation d'une solution de saccharosede 50à 70%, de préférence de 60 à 70%. La solution de saccharose s'écoule avec une charge spécifique de 0,5 à 2, 0 hF' le long d'une colonne de décoloration, qui est remplie d'un échangeur d'ions décolorant fortement basique que l'on trouve habituellement dans le commerce, par exemple Wofatit EA 60, afin de préparer pour l'hydrolyse le substrat avec une pureté telle qu'on évite que les corps non sucrés influencent le temps de séjour de l'invertase immobilisée. La direction du mouvement peut ici être montante ou descendante. Du point de vue de l'utilisation économique de la capacité de la résine on choisit dans la décolo- ration des liquides clairs ou des jus épais les charges spécifiques les plus élevées que l'on connaisse, qui se situent selon la couleur entre 2 et 6 h-1. On n'a alors normalement qu'une baisse négligeable de pH qui est provoquée par l'adsorption par échange, dans laquelle les anions des sels de composés acides 2607151 présents à faible concentration sont échangés contre des ions chlorure, et qui est d'un ordre de grandeur de 0,3 unité de pH (I. Stamberg et V. Valter, Ent- fârbungsharze, Akademie-Verlag, Berlin, 1970). Il est surprenant que dans la décoloration de solutions de saccharose habituelles du commerce avec une charge spécifique de la résine de décolo- ration de 0,5 à 2,0 h-1 apparaisse une baisse de pH de 0,5 à 2,0 unités de pH, qui est suffisante pour que celle-ci conduise à l'hydrolyse dans un intervalle de pH de 4,0 à 7,0 correspondant à l'optimum de l'invertase immobilisée y compris ses limites supérieures. Outre l'adsorption par échange déjà connue, jouent également un rôle d'autres effets, par exemple la décomposition thermique de corps non sucrés, à la suite de quoi apparaît la baisse étonnamment élevée de pH. Par opposition avec les indications des solutions techniques connues, il est douteux que l'on puisse effectuer l'hydrolyse du saccharose dans des conditions industrielles seulement au pH optimal de l'invertase immobilisée avec un degré de transformation satisfaisant. Il faut plutôt ad- mettre ou selon les cas on a trouvé que l'hydrolyse se déroule dans un intervalle qui correspond à l'op- timum, y compris ses limites supérieures, de l'inver- tase considérée, sans qu'apparaissent de baisses essentielles du degré de transformation. Il faut ici partir du fait que la stabilité de l'opération 6 2607151 de l'invertase immobilisée correspondante est compa- rable sur l'intervalle de pH mentionné à celle que l'on a au pH optimal. Pour arriver à s'approcher le plus prêt possible de l'optimum de pH de l'invertase immobi- lisée, on travaille de préférence dans le procédé selon l'invention avec une charge spécifique de décoloration comprise entre 0,5 et 1,0 h-1. En outre la solution de saccharose décolorée et de pH réglé parcourt de façon connue une colonne de produit provoquant une inversion, qui est remplie d'invertase immobilisée, par exemple d'un complexe InvertaseWofatit-Y 58, o l'on forme les mélanges glucose/fructose/saccharose dont la fraction sucre inverti dépend de la charge spécifique de la colonne de produit provoquant une inversion, de la concen- tration et de la température de la solution de saccha- rose et peut être réglée de façon correspondant aux voeux du client. Le sens du déplacement peut ici être vers le haut ou vers le bas. Il est important pour la simplicité du procédé selon l'invention qu'on n'ait pas besoin de récipients ni de produits chimiques supplémentaires pour régler le pH, et qu'on assure un fonctionnement entièrement continu de la réception de la solution de saccharose jusqu'à la préparation du produit final. Les exemples de réalisation suivants doivent préciser l'invention. EXEMPLES DE REALISATION 7 2607151 Comme enzyme immobilisée on utilise un complexe invertase-Y 58 dont la stabilité d'opéra- tion dans une solution de saccharose à 62% à 70 C, exprimée par le temps de demi-réaction, s'élève à 131 d et l'optimum de pH à 4,5 (J. Mansfeld et A. Schellenberger, Acta Biotechnol. 6, 97 (1986)). Indépendamment du procédé d'immobilisation 'et du support on peut utiliser des complexes invertase- support dont l'efficacité catalytique et la stabilité d'opération audessus de l'intervalle de pH compris entre 4,0 et 7,0 sont comparables à celles de l'opti- mum de pH considéré. EXEMPLE 1 Une solution de saccharose à 66% filtrée ayant un pH de 8,0 parcourt pendant une durée de heures une colonne de décoloration qui est remplie de 50 litres de l'échangeur d'ions de décoloration fortement basique Wofatit EA 60 sous forme chlorure. La température de travail s'élève à 80 C, la charge spécifique à 1,0 h -1 la couleur de la solution en moyenne à 50 à 100 ICUMSA (Int. Comm. Uniform Methods Sugar Anal., unités ICUMSA -8420x 103). Après la décoloration, il subsiste une couleur résiduelle de 14 à 20%. Le pH de la solution de sucre s'élève en moyenne à 6,8, et l'on atteint une baisse de pH de 1,2 unités de pH. Avec ce pH la solution de saccharose décolorée parcourt ensuite une colonne de produit provoquant une inversion, qui est remplie de 50 litres du complexe invertase- Y 58. La température de travail s'élève à 40 C, la charge spécifique à 1,0 h-1. Le degré de trans- formation atteint se situe ici entre 89 et 94%. Comparativement on atteint avec une valeur concordante de la charge spécifique de la colonne de produit provoquant une inversion ainsi que de la température et de la concentration de la solution de saccharose à l'optimum de pH de l'invertase immo- bilisée un degré de transformation de 89 à 95%. La détermination du degré de transformation s'effectue selon le procédé volumétrique de W.H. Lane-Eynon (Official Methods of Analysis, 494, Asso- ciation of Official Agricultural Chemists, Washing- ton, D.C. (1965) pour la détermination des sucres réducteurs. On détermine les pH par potentiométrie. EXEMPLE 2 La décoloration et l'inversion s'effectuent comme il est dit dans l'exemple 1. Le produit de départ est une solution de saccharose à 67% ayant un pH de 6,9. La charge spé- cifique de décoloration et d'inversion s'élève à 0,5 h1, la couleur résiduelle subsistante après la décoloration à 14 à 20%. On obtient une baisse de pH de 1,7 unité de pH, si bien que l'hydrolyse se déroule à pH 5,2. On atteint ici un degré de trans- formation compris entre 95 et 98%, qui correspond à celui obtenu à l'optimum de pH de l'invertase immobilisée à la même charge spécifique de la colonne de produit provoquant une inversion ainsi qu'aux mêmes température et concentration de la solution de saccharose. 9 2607151 REVENDICATIONS 1. Procédé d'hydrolyse du saccharose au moyen d'inver- tase immobilisée, dans lequel une solution de saccha- rose parcourt tout d'abord une colonne de produit décolorant, qui est remplie d'un échangeur d'ions décolorant fortement basique, puis est hydrolysée, caractérisé en ce qu'une solution de saccharose de 50 à 70% parcourt la colonne de décoloration avec une charge spécifique de 0,5 à 2, 0 h 1,opération dans laquelle le pH est réglé entre 4,0 et 7,0, puis est hydrolysée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise de préférence une solution de saccharose de 60à 70%. 3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caracté- risé en ce que la charge spécifique de la colonne de décoloration se situe de préférence entre 0,5 et 1,0 h1