Brevet FR2688800A1 — publié le 19930924

PROCÉDÉ DE PRÉPARATION DE POLYSACCHARIDES PEU DIGESTIBLES, EVENTUELLEMENT HYDROGÉNÉS La présente invention concerne un procédé de préparation de polysaccharides peu digestibles et des produits hydrogénés correspondants. Au cours de la dernière décennie, un intérêt de plus en plus grand s'est porté vers la consommation de fibres alimentaires ou de produits ayant un effet analogue à celui des fibres alimentaires, afin d'améliorer le transit intes- tinal surtout chez les habitants des pays hautement dévelop- pés pour lesquels les produits alimentaires sont de plus en plus raffinés et contiennent donc de moins en moins, de fibres naturelles. La consommation quotidienne, ou quasi quotidienne de fibres alimentaires, est également réputée diminuer la fréquence des cancers du colon. Ceci étant, l'obtention de fibres alimentaires extrêmement raffinées ou extrêmement pures n'est pas toujours aisée à réaliser et les fibres insolubles obtenues à partir de produits végétaux peuvent parfois avoir un effet contraire, c'est-à-dire provoquer l'irritation du colon et par là-même avoir des effets néfastes sur les muqueuses intestinales. L'attention s'est donc portée de plus en plus vers l'obtention de fibres solubles Une des nombreuses voies de recherche dans ce domaine a été d'obtenir lesdites fibres solubles par hydrolyse de matières amylacées ou par réarran- gement de produits issus desdites matières amylacées. Ainsi par exemple, un produit dénommé communément polydextrose a été fabriqué il y a une vingtaine d'années, ce produit étant obtenu par réarrangement de molécules de glucose grâce à un chauffage dans des conditions relative- ment anhydres en présence d'acides alimentaires, une petite quantité de sorbitol étant également présente dans le milieu réactionnel. Ce polydextrose, réputé d'une valeur calorique d'environ une calorie par gramme, souffre cependant de beaucoup de désavantages notamment en raison de son goût relativement peu agréable et de sa tendance à la coloration; par ailleurs il ne présente pas toutes les qualités requises pour une fibre alimentaire. Ce produit, compte tenu de son procédé de fabrica- tion, constitue en fait un mélange mal défini de produits très différents et de masses moléculaires très diverses Il est ainsi caractérisé le plus généralement par une masse moléculaire moyenne ne reflétant qu'imparfaitement la masse moléculaire de toutes les molécules entrant dans sa composi- tion Ceci limite fortement ses applications. Un autre procédé déjà décrit dans la littérature a consisté à transformer l'amidon en une dextrine comportant des liaisons différentes de celles trouvées dans l'amidon d'origine, puis à procéder à une hydrolyse de cette dextrine à l'aide d'une a-amylase, cette action de l'a-amylase étant éventuellement complétée par l'action d'autres enzymes Une telle démarche a ainsi par exemple été décrite dans la demande de brevet EP N O O 368 451. L'un des avantages essentiels du procédé décrit dans la susdite demande de brevet serait de pouvoir, grâce à l'action enzymatique de l'a- amylase, éliminer ou réduire très notablement le goût et l'odeur désagréables de la dextrine de départ Cependant, les produits obtenus selon ce procédé ne sont pas aussi peu digestibles que l'on pourrait le souhaiter Leur qualité en tant que fibres alimentaires solubles est donc loin d'être optimale. La présente invention a pour objet de fournir un procédé permettant de fabriquer très simplement, à partir de dextrines obtenues à partir d'amidon, des fibres alimen- taires solubles beaucoup moins digestibles que toutes celles proposées dans l'art antérieur et qui permettent par là- même d'obtenir un effet de fibres alimentaires tout à fait optimal. Le procédé de préparation de polysaccharides peu digestibles conformes à l'invention est donc caractérisé par le fait qu'il comprend l'hydrolyse enzymatique d'au moins une dextrine à l'aide d'au moins une enzyme saccharifiante et d'au moins une enzyme hydrolysant les liaisons 1-6 de l'amylopectine. C'est essentiellement grâce à l'action de l'enzyme hydrolysant les liaisons 1-6 de l'amylopectine que les polysaccharides obtenus à l'issue de ce procédé présentent une digestibilité minimale. On peut préparer les polysaccharides peu digestibles selon le procédé conforme à l'invention en s'y prenant comme suit ou de manière équivalente. Une dextrine obtenue à partir d'amidon est dispersée ou solubilisée dans l'eau à une matière sèche généralement comprise entre 20 et 70 % et de préférence comprise entre 20 et 45 %. La suspension ainsi obtenue est alors soumise à un traitement enzymatique comportant au moins l'action d'une enzyme saccharifiante et d'une enzyme hydrolysant les liaisons 1-6 de l'amylopectine, les conditions de ce trai- tement enzymatique étant choisies de façon telle que le DE (Dextrose Equivalent) de l'hydrolysat obtenu soit compris entre 5 et 80, de préférence entre 7 et 60, et plus préfé- rentiellement encore entre 10 et 50. Par le terme "dextrine" on entend les produits ob- tenus par chauffage de l'amidon amené à un faible taux d'humidité, en présence généralement de catalyseurs acides ou basiques Ce "grillage à sec" de l'amidon, le plus couramment en présence d'acide, entraîne à la fois une dépolymérisation de l'amidon et un réarrangement des fragments d'amidon obtenus, conduisant à l'obtention de molécules très ramifiées. Les dextrines font partie des dérivés d'amidon les plus anciens et leur préparation, leurs applications, les différents types de dextrines ainsi que leurs propriétés sont décrits par exemple dans l'ouvrage intitulé "Starch Chemistry and Technology" Second Edition Edited by Roy L WHISTLER 1984 Academic Press Inc. De préférence, on utilise pour la préparation des polysaccharides conformes à l'invention des dextrines obte- nues par grillage à sec de l'amidon en présence d'un cata- lyseur acide comme l'acide chlorhydrique L'acide, sous forme de solution diluée, est ainsi pulvérisé sur l'amidon et le mélange obtenu est préséché, par exemple de 80 à 130 'C jusqu'à une teneur en eau inférieure ou égale à environ 5 %. Puis le mélange est "grillé" à une température d'environ 'C à 250 'C pendant une durée de 30 minutes à environ 6 heures pour obtenir la dextrine, qui présente en fin de réaction un DE de 0,5 à 10 environ On peut utiliser, pour la préparation de ces dextrines, n'importe quel type d'amidon, et notamment l'amidon de maïs, la fécule de pomme de terre, l'amidon de blé ou la fécule de manioc. D'après la norme ISO 1227 de 1979, une dextrine est obtenue à partir d'amidon ou de fécule transformée par chauffage à sec avec ou sans addition de petites quantités de réactifs chimiques Traditionnellement, les dextrines sont classés en deux catégories: les dextrines blanches dont l'aspect est peu différent de celui de la matière première utilisée, et les dextrines jaunes, produites dans des conditions plus drastiques et dont l'intensité de la coloration peut être corrélée au degré de modification de la structure native Les quatre types de réaction intervenant lors de la dextrinification sont, aux faibles températures, essentiellement l'hydrolyse des liaisons alpha 1-4, puis, aux températures plus élevées, des réactions de condensation et de transglycosilation entraînant un réarrangement, et enfin d'anhydrisation. Des dextrines telles que celles commercialisées par la Société Demanderesse sous les marques TACKIDEX DF 165, TACKIDEX DF 155, TACKIDEX JO 55 peuvent être avantageusement utilisées. L'hydrolysat obtenu à la suite de la saccharifica- tion et de l'action de l'enzyme hydrolysant les liaisons 1- 6 de l'amylopectine est ensuite purifié de manière connue en soi par décoloration sur charbon actif et déminéralisation sur résines échangeuses d'ions Les hydrolysats peuvent également être décolorés à l'aide d'agents oxydants ou réducteurs. Le produit obtenu peut alors être éventuellement hydrogéné, toujours de manière connue en soi, par exemple sur catalyseur au nickel de Raney ou sur catalyseur aux métaux nobles. L'enzyme saccharifiante utilisée conformément au procédé de la présente invention est de préférence choisie parmi la P-amylase et l'amyloglucosidase, ces deux enzymes pouvant cependant être utilisées de façon simultanée ou successive. De préférence, les quantités et conditions d'action de ces différentes enzymes saccharifiantes pouvant être employées pour la préparation des polysaccharides peu digestibles conformes à l'invention sont choisies parmi les suivantes: P- amylase: 200 à 1 000 unités internationales/kg de substrat sec, température de 50 C à 60 C, durée d'action de 30 à 72 heures, p H de 5,0 à 6,0 amyloglucosidase: 50 à 500 unités internatio- nales/kg de substrat sec, température de 50 C à 60 C, durée d'action de 30 à 72 heures, p H de 5 0 à 6 0. En ce qui concerne les enzymes hydrolysant les liaisons 1-6 de l'amylopectine, elles sont choisies parmi la pullulanase et l'isoamylase, des enzymes commerciales comme la PULLUZYME d'ABM ou la SECA 20 L d'AMANO ou la PROMOZYME de NOVO pouvant ainsi être utilisées Les quantités et conditions d'action de ces enzymes sont les suivantes: 120 à 400 unités internationales/kg de substrat sec, p H de 5 0 à 6 0, température de 50 C à 60 C, durée d'action de 24 à 72 heures. L'hydrolyse de la dextrine à l'aide d'une enzyme saccharifiante et d'une enzyme hydrolysant les liaisons 1- 6 de l'amylopectine peut éventuellement être précédée, accompagnée ou suivie d'une action complémentaire à l'aide d'une a-amylase ou peut éventuellement être précédée d'une hydrolyse acide. En ce qui concerne cette dernière éventualité, on peut signaler qu'il n'est pas forcément nécessaire d'ajouter une quantité d'acide à la dextrine, cette dernière compor- tant à l'issue de l'étape de dextrinification proprement dite une quantité résiduelle d'acide suffisante pour assurer l'hydrolyse acide de l'amidon insoluble ou imparfaitement dextrinifié. De ce fait, l'action d'une a-amylase préalablement à l'action enzymatique des enzymes saccharifiantes et des enzymes hydrolysant les liaisons 1-6 de l'amylopectine n'est généralement pas nécessaire. Par contre, l'action d'une a-amylase peut parfois s'avérer intéressante à la suite de l'action de l'enzyme saccharifiante et de l'enzyme hydrolysant les liaisons alpha 1-6. Au cas o de l'a-amylase est utilisée dans le pro- cédé conforme à l'invention, on utilise de préférence des a- amylases bactériennes ou fongiques, et les conditions et les quantités d'action de l'a-amylase sont généralement les suivantes: 16 000 à 48 000 unités internationales/kg de substrat sec, p H de 5 0 à 6 0, température de 500 C à 600 C, durée d'action de 16 à 30 heures. L'hydrogénation du produit obtenu à la suite de l'hydrolyse enzymatique de la dextrine peut être effectuée de manière connue en soi par hydrogénation sur Nickel de Raney ou par hydrogénation sur métaux nobles Cette hydrogé- nation est effectuée après purification du produit, par exemple par traitement sur charbon actif, suivi d'une déminéralisation sur résines cationiques et anioniques. L'hydrogénation peut être effectuée par exemple sur catalyseur au Nickel de Raney, à une température de 130 'C et sous une pression d'hydrogène de 50 bars. Après hydrogénation, le produit hydrogéné obtenu est filtré, déminéralisé, puis concentré jusqu'à la concentra- tion de commercialisation qui est généralement comprise entre 40 et 70 Brix environ On rappelle que le Brix est une unité de mesure couramment employée dans l'industrie ami- donnière, et que le Brix d'un sirop est déterminé très aisément par lecture au réfractomètre Un Brix d'environ 75 correspond pour les produits visés par l'invention à une matière sèche d'environ 75 %. L'hydrogénation est conduite jusqu'à l'obtention d'un pourcentage de sucres réducteurs résiduels sur matière sèche inférieure à 2 0, de préférence inférieure à 1 0 et plus préférentiellement encore inférieure à 0 25. Les produits obtenus à la suite de l'hydrolyse enzy- matique de la dextrine, qu'ils soient hydrogénés ou non, peuvent également être présentés sous forme pulvérulente, cette forme pulvérulente pouvant être obtenue par exemple par atomisation. On peut parfois souhaiter augmenter la richesse en polysaccharides peu digestibles du produit obtenu à l'issue de l'hydrolyse enzymatique de la dextrine en éliminant au maximum les molécules de faible poids moléculaire présentes dans lesdits produits, ces molécules pouvant être consti- tuées par exemple de glucose, de maltose ou d'oligosaccha- rides de faible poids moléculaire. Ces molécules de faible poids moléculaire peuvent être éliminées par exemple par séparation chromatographique sur résines cationiques, mises sous forme alcaline ou alcalino-terreuse, ou sur zéolites, ou elles peuvent être éliminées par des procédés tels que l'ultrafiltration. Grâce à l'action prévue dans le cadre de la présente invention d'une enzyme hydrolysant les liaisons 1-6 de l'amylopectine, on obtient des polysaccharides beaucoup moins digestibles que les polysaccharides obtenus à la suite d'une hydrolyse enzymatique ne comportant pas cette action supplémentaire de cette enzyme. Afin de caractériser la digestibilité des polysac- charides obtenus à l'aide du procédé conforme à l'invention, on peut déterminer la teneur en polysaccharides précipita- bles dans l'éthanol et non digestibles par l'amylogluco- sidase dans un test A. Afin de déterminer cette teneur, on s'y prend comme suit. Un échantillon de 10 g d'hydrolysat de dextrine éventuellement hydrogéné et éventuellement enrichi, par exemple par chromatographie, est amené à un Brix de 75 + 0,2 avant d'être utilisé pour la détermination du taux de poly- saccharides précipitables dans l'éthanol On rappelle que le Brix est une unité de mesure couramment employée dans l'in- dustrie amidonnière, et que le Brix d'un sirop est déterminé très aisément par lecture au réfractomètre Un brix de 75 correspond pour les hydrolysats d'amidon hydrogénés visés par l'invention à une matière sèche d'environ 75 %. L'échantillon de 10 g d'H A H à 75 Brix est addi- tionné de 30 cm 3 d'eau distillée et de 60 cm 3 d'éthanol absolu Le mélange est laissé reposer pendant 1 heure à O C. Il est ensuite centrifugé à O C pendant 15 minutes à 10 000 g- Le culot obtenu est séché en étuve sous vide maintenue à 80 'C. Le poids de précipité obtenu, p 1, représente le poids de polysaccharides précipitables dans l'éthanol contenu dans les 10 g d'échantillon de départ, soit environ 7,5 g de matière sèche. Afin de déterminer la teneur de l'hydrolysat en polysaccharides précipitables dans l'éthanol et non hydroly- sables par l'amyloglucosidase, on utilise un test A, qui consiste à faire subir aux polysaccharides précipités dans l'éthanol obtenus précédemment une attaque enzymatique à l'aide d'une a-amylase thermorésistante, d'une protéase-et d'une amyloglucosidase, puis à opérer une précipitation des polysaccharides non hydrolysables avec de l'éthanol à 95 %, à filtrer le précipité ainsi obtenu, à laver ce dernier plusieurs fois à l'alcool et à l'acétone, et enfin à déterminer le poids, P 2, de résidu obtenu. Ce test est décrit dans "J Assoc Off Anal Chem " vol 68, no 2, 1985, p 399 auquel on pourra se référer. La fraction de polysaccharides précipitables dans l'éthanol et non digestibles par l'amyloglucosidase se trouve très nettement augmentée lorsque le traitement enzy- matique de la même dextrine est effectuée en présence ou non d'enzyme hydrolysant les liaisons 1-6 de l'amylopect 4 ne. Ceci constitue bien évidemment un avantage essentiel de l'invention, les polysaccharides, hydrogénés ou non, ainsi obtenus présentant ainsi les qualités optimales de fibres alimentaires solubles. Les produits obtenus grâce au procédé conforme à l'invention peuvent être utilisés dans tous types d'appli- cations alimentaires, pharmaceutiques ou diététiques, seuls ou en combinaison avec d'autres produits. EXEMPLE DE REALISATION DU PROCEDE CONFORME A L'INVENTION Dans une cuve de 25 litres agitée et thermostatée, on introduit 20 litres d'un sirop formé par dilution dans l'eau, à une matière sèche de 30 % de dextrine jaune TACKIDEX DF 165 commercialisée par la Société Demanderesse. On ajuste le p H de ce sirop à 5,5 et la température à 550 C, puis on introduit 0,15 /00 (poids/poids sec) de P- amylase SPEZYME DBA de GENENCOR et 2 0/00 (poids/poids sec) de pullulanase PULLUZYME de ABM. Après 72 heures, on acidifie à p H 3,5 et on chauffe la cuve à 800 C pendant 20 minutes pour inhiber les enzymes. Ce sirop est ensuite filtré puis déminéralisé sur résine cationique forte et anionique faible, puis il subit un traitement à l'eau oxygénée ( 10 / volume/volume) d'une solution d'H 202 à 35 * (v/v) pendant 24 heures à 700 C et p H 9,5 On y ajoute ensuite un peu de catalase pour décomposer l'eau oxygénée excédentaire et après dégazage sous vide, on traite ce sirop au charbon actif puis sur un lit de résines mélangées avant de le concentrer à une matière sèche de %. Ce sirop présente un précipité à l'alcool p 1 selon le test A de 38 % et un précipité P 2 de 7,6 % selon le même test et présente des caractères organoleptiques tout à fait acceptables. il REVENDICATIONS 1 Procédé de préparation de polysaccharides peu digestibles, caractérisé par le fait qu'il comprend l'hydro- lyse enzymatique d'au moins une dextrine à l'aide d'au moins une enzyme saccharifiante et d'au moins une enzyme hydroly- sant les liaisons 1-6 de l'amylopectine. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les conditions de l'hydrolyse enzymatique sont choisies de façon telle que le DE de l'hydrolysat obtenu soit compris entre 5 et 80, de préférence entre 7 et 60, et plus préférentiellement encore entre 10 et 50. 3 Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'enzyme saccharifiante est choisie parmi la p-amylase et l'amyloglucosidase, ces deux enzymes pouvant éventuellement être utilisées de façon simultanée ou successive. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'enzyme hydrolysant les liaisons 1-6 de l'amylopectine est une isoamylase ou une pullulanase. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'hydrolyse enzymatique de la dextrine est précédée, accompagnée ou suivie d'une action complémentaire à l'aide d'une a-amylase. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'hydrolyse enzymatique de la dextrine est précédée d'une hydrolyse acide. 7 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que les conditions d'action des différentes enzymes sont choisies parmi les suivantes: p-amylase: 200 à 1 000 unités internationales/kg de substrat sec, température de 50 'C à 60 C, durée d'action de 30 à 72 heures, p H de 5,0 à 6,0; amyloglucosidase: 50 à 500 unités internatio- nales/kg de substrat sec, température de 50 'C à 60 C, durée d'action de 30 à 72 heures, p H de 5 0 à 6 0; enzyme hydrolysant les liaisons 1-6 de l'amylopec- tine: 120 à 400 unités internationales/kg de substrat sec, p H de 5 0 à 6 0, température de 50 C à 60 C, durée d'action de 24 à 72 heures; a-amylase: 16 000 à 48 000 unités internatio- nales/kg de substrat sec, p H de 5 0 à 6 0, température de C à 60 C, durée d'action de 16 à 30 heures. 8 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le produit obtenu à la suite de l'hydrolyse enzymatique de la dextrine est hydro- géné. 9 Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'hydrogénation est conduite jusqu'à l'obtention d'un pourcentage de sucres réducteurs résiduels sur matière sèche inférieur à 2 0, de préférence inférieur à 1 0 et plus préférentiellement encore inférieur à 0 25. Application des polysaccharides obtenus par le procédé conforme à l'une ou l'autre des revendications 1 à 9 dans les produits alimentaires, pharmaceutiques ou diététiques.