Ферментативный способ гидролиза глюкозы

Общая схема производства [92]

Глюкозу получают из крахмала и крахмалсодержащего сырья.

В зависимости от назначения вырабатывают кристаллическую гидратную, медицинскую гидратную и ангидридную, техническую и различные виды пищевой глюкозы.

Кристаллическая гидратная глюкоза (С₆Н₁₂О₆ × Н₂О) используется в основном для медицинских целей.

Медицинская ангидридная глюкоза (С₆Н₁₂О₆) идет на изготовление таблеток.

Медицинская гидратная глюкоза используется для внутривенных вливаний.

Пищевая глюкоза отличается от кристаллической тем, что при ее изготовлении отсутствует стадия разделения утфеля на кристаллы и межкристаллитный раствор.

Техническая глюкоза получается из низкокачественного сырья; при ее производстве также отсутствует стадия разделения утфеля.

Кристаллическая глюкоза гидратная пищевая по своим качественным показателям должна удовлетворять требованиям ГОСТ 975–88.

В качестве побочного продукта при производстве глюкозы получают зеленую патоку (гидрол), которая содержит 60 % СВ, ГЭ — 76–77 %, содержание глюкозы — 68–69 %.

Принципиальная технологическая схема получения глюкозы и глюкозосодержащих продуктов приведена на рис. 15.6.51.

Рис. 15.6.51. Принципиальная технологическая схема производства глюкозы и глюкозосодержащих продуктов [92]

Глюкоза кристаллическая гидратная [92]

В основе производства всех видов глюкозы лежит кислотный, кислотно-ферментативный или ферментативный гидролиз крахмала с получением глюкозных сиропов. Первые стадии получения глюкозных сиропов проводят так же, как и при производстве патоки (см. разд. 15.6.2.10).

Получение кристаллической гидратной глюкозы кислотным гидролизом крахмала

При получении глюкозы кислотным гидролизом используют как картофельный, так и кукурузный крахмал, который тщательно очищают от примесей на сепараторах и вакуум-фильтрах.

Для проведения кислотного гидролиза используют крахмальную суспензию концентрацией 22–25 % СВ и соляную кислоту с расходом 0,5–0,65 % HCl. Гидролиз ведут в конверторе или непрерывном осахаривателе при температуре 138–147 °С и давлении 0,32–0,55 МПа в течение примерно 25 мин. Полученный гидролизат имеет чистоту 89–91 % и его нейтрализуют 16% раствором карбоната натрия до рН = 4,7÷5,0, при котором получается раствор с хорошей фильтруемостью. Очистка глюкозных сиропов осуществляется фильтрованием и дальнейшим осветлением с использованием активного угля. Очищенные жидкие сиропы подогревают до 90–95 °С и для снижения интенсивности нарастания цветности подкисляют соляной кислотой до рН = 4,4÷4,5, после чего выпаривают в трехкорпусной выпарной установке под вакуумом до содержания СВ 55–57 %. Густой сироп очищают активным углем и подвергают фильтрованию, предварительно установив рН = 5,0÷5,4. Затем сироп снова подкисляют до рН = 4,2÷4,3 и уваривают в вакуум-аппарате до концентрации СВ 74–76 %.

Полученный глюкозный сироп чистотой 91–93 % охлаждают в холодильнике до 48–50 °С, фильтруют и заливают в кристаллизатор. В качестве затравки кристаллов вводят утфель предыдущей кристаллизации в количестве 30 %. Сироп смешивают с затравкой в течение 12–24 ч; температура утфеля после смешивания должна быть 43–44 °С. Коэффициент пересыщения в начале кристаллизации — 1,25–1,30 (разд. 15.6.1.5). Процесс кристаллизации глюкозы идет 110–120 ч, и температура снижается до 25 °С. В конце кристаллизации коэффициент пересыщения равен 1,10–1,15, концентрация СВ межкристаллитного раствора не более 63 %, а его чистота — не более 80 %. Кристаллы глюкозы промывают конденсатом или умягченной водой, свободной от солей железа; расход воды составляет 20–25 % от массы глюкозы. Массовая доля влаги в сырых кристаллах глюкозы составляет 12–15 масс. %, поэтому их сушат при температуре 48–55 °С до влажности 8–9 % и просеивают через сито с отверстиями диаметром 1,0–1,5 мм. Межкристаллитный раствор (зеленая патока) частично возвращается в производство, а остальная часть реализуется предприятиям микробиологической промышленности.

Получение кристаллической глюкозы ферментативным гидролизом крахмала

В суспензию крахмала (30–35 % СВ) добавляют раствор карбоната натрия до рН = 6,0÷6,5 и раствор амилосубтилина Г10х в количестве 0,02 % к СВ субстрата. Смесь подогревают до 85 °С, выдерживают 1,5 ч, а затем поднимают температуру до 140 °С, при которой выдерживают раствор 5 мин. Далее смесь быстро охлаждают в циклоне-испарителе до 85 °С и вводят вторую порцию амилосубтилина (0,05–0,07 %), перемешивают и выдерживают при этой температуре до содержания РВ около 20 %.

Разжиженный крахмал охлаждают до 60 °С и вводят ферментный препарат очищенной глюкоамилазы (глюкоаваморин Г20х). При осахаривании контролируются рН (4–5,5) и содержание РВ. Продолжительность процесса составляет 60–90 ч (56–58 °С). В результате осахаривания получают сироп с содержанием РВ 96–98 %. Для инактивации фермента и стерилизации сиропа его выдерживают при 80 °С в течение 20 мин. Затем для коагуляции белковых веществ рН сиропа доводят соляной кислотой до 4,8–5,0 и фильтруют. Отфильтрованный сироп обесцвечивают активным углем (0,5 масс. % от массы СВ). После отделения угля сироп выпаривают под вакуумом до содержания СВ 54–56 %. Густой сироп еще раз обрабатывают активным углем (0,5 %), который затем отделяют, а раствор упаривают в вакуум-аппарате до содержания СВ 70–72,5 %, охлаждают до 50 °С и направляют в кристаллизаторы. Выделенные и промытые в центрифуге кристаллы глюкозы высушивают и просеивают.

Качество получаемых гидролизатов зависит от использованного способа гидролиза крахмала (табл. 15.6.62).

Глюкоза медицинская [8]

Медицинской глюкозой называют рафинированную (дважды перекристаллизованную) кристаллическую глюкозу доброкачественностью не ниже 99,9 %.

Глюкоза кристаллическая гидратная медицинская

Глюкоза медицинская гидратная должна иметь влажность не более 9 %, содержание сульфатной золы — не более 0,1 %, хлоридов и сульфатов — не больше, чем в эталоне; наличие кальция, бария, мышьяка, солей тяжелых металлов исключается.

Для получения медицинской гидратной глюкозы используют кристаллы гидратной кристаллической глюкозы, которые растворяют в уваренной до 59–60 % СВ смеси зеленой и белой паток, полученных при центрифугировании утфеля и промывании кристаллов медицинской глюкозы. Полученный сироп концентрацией 72,0–72,5 % СВ после очистки активным углем и фильтрования помещают в кристаллизаторы. В качестве затравки используют утфель предыдущей кристаллизации в количестве 15 % от вместимости кристаллизатора. По окончании кристаллизации межкристаллитный раствор отделяют, кристаллы промывают дистиллированной водой, сушат и просеивают; выделенную белую патоку уваривают вместе с зеленой в вакуум-аппарате до содержания СВ 59–60 % и направляют для растворения кристаллической глюкозы.

Глюкоза кристаллическая ангидридная

Из сиропов высокой доброкачественности (97–100 %) глюкоза легко кристаллизуется в безводной ангидридной форме. При этом скорость кристаллизации повышается в пять раз по сравнению с гидратной глюкозой, а получаемые кристаллы отличаются высокой степенью однородности, изометричностью и незначительной влажностью (менее 1 %). Для получения ангидридной глюкозы также используют кристаллическую гидратную глюкозу, но сироп готовят с концентрацией СВ 55–60 %. После очистки и фильтрования сироп подают в вакуум-аппарат, где уваривают до 82–84 % СВ и вносят затравку кристаллов ангидридной глюкозы. Процесс наращивания кристаллов ангидридной глюкозы длится 6–8 ч, при этом в аппарат систематически подают сироп, чтобы обеспечить наращивание кристаллов и предотвратить образование новых кристаллов. Окончательное сгущение утфеля ведут до содержания в сиропе 88–90 % СВ. Утфель спускают в кристаллизатор, а затем центрифугируют. Пробелку кристаллов ведут дистиллированной водой; влажные кристаллы сушат (90–110 °С) и просеивают.

Таблица 15.6.62

Характеристика гидролизатов крахмала [8]

Показатели	Кислотный гидролиз	Кислотно-ферментативный гидролиз	Ферментативный гидролиз
Содержание РВ, масс. %	91	95	98
Содержание глюкозы, масс. %	86	93	97
Содержание золы, масс. %	1,6	0,40	0,25
Содержание протеина, масс. %	0,25	0,40	0,35
Содержание гидроксиметилфурфурола, масс. %	0,30	0,008	0,003
Цветность, ед. оптической плотности/100 г СВ	2,2	0,25	0,15

Глюкоза пищевая [92]

Для получения пищевой глюкозы используют суспензию с меньшей концентрацией крахмала (18–24 % СВ). Гидролиз проводят с применением либо соляной кислоты (0,4–0,55 масс. % HCl от массы СВ), либо ферментных препаратов. Гидролиз ведут до содержания РВ 90–92 %, в том числе — 85–87 % глюкозы. Сироп обесцвечивают активным углем, фильтруют, уваривают до концентрации СВ 50–55 %, проводят контрольное фильтрование и уваривают в вакуум-аппаратах (60–65 °С) до концентрации СВ 79–80 %. Готовый сироп охлаждают до 45–50 °С, подают в кристаллизатор, добавляют затравку (5–10 %), тщательно перемешивают и охлаждают до 40 °С. Загустевшую массу разливают в картонные короба; глюкоза кристаллизуется, кристаллы захватывают межкристаллитный раствор, и смесь превращается в однородную твердую массу (пищевую глюкозу).

Пищевую глюкозу, имеющую желтый цвет, сладкий вкус и без постороннего запаха, выпускают в виде гранул, блоков или брикетов. Ферментативный гидролиз крахмала позволяет получать пищевую глюкозу более высокого качества. Для осахаривания при ферментативном способе используют препарат глюкоэндомикопсина Г10х (48–50 °С, 60–72 ч).

Глюкоза техническая [92]

Гидролиз крахмала проводят соляной кислотой. Суспензия крахмала (35–37 % СВ) и соляная кислота (0,5 масс. % HCl от массы СВ) подаются в конвертор. Осахаривание проводят в течение 15–45 мин до достижения ГЭ 65–75 %. Далее сироп выпаривают под разрежением до содержания СВ 54–59 %, после чего его обесцвечивают активным углем, фильтруют и направляют в вакуум-аппарат, где уваривают до содержания СВ 75–80 %. После охлаждения до 40–45 °С сироп направляют в кристаллизаторы. В качестве затравки кристаллов вносят 10 % (к массе сиропа) измельченной глюкозы или утфеля предыдущего цикла. Кристаллизацию ведут при постоянном перемешивании и охлаждении смеси до выпадения большого количества мелких кристаллов, которые не отделяют от межкристаллитной жидкости. Массу разливают в тару, где она затвердевает в течение 2–3 сут. Затем продукт вынимают из тары и выдерживают еще 5–6 сут., измельчают и упаковывают.

Продукты синтеза на основе глюкозы

Основными продуктами синтеза на основе глюкозы являются сорбит и аскорбиновая кислота (разд. 15.6.2), кроме этого из глюкозы получают глюконовую кислоту.

Глюконат кальция [136]

Глюконат кальция используют как источник ионов кальция при их недостатке в организме и в качестве антиаллергического средства.

Кальция глюконат получают электрохимическим окислением глюкозы в присутствии бромида кальция и карбоната кальция в соответствии со схемой, приведенной на рис. 15.6.52. При электролизе бромида кальция на аноде выделяется свободный бром, который окисляет глюкозу до глюконовой кислоты. Глюконовая и бромоводородная кислоты нейтрализуются карбонатом кальция.

Рис. 15.6.52. Схема получения глюконата кальция

Пангамовая кислота [136, 137]

Кальция пангамат (59) применяют как одно из средств комплексной терапии и профилактики различных форм атеросклероза, цирроза печени, хронического гепатита, алкоголизма и других заболеваний.

Кислота пангамовая имеет строение D-глюконовой кислоты (58), у которой НО-группа при С-6 этерифицирована N,N-диметиламиноуксусной кислотой; ее применяют в медицине в виде кальциевой соли — кальция пангамат, или витамин В₁₅.

Витамин В₁₅ получают (рис. 15.6.53) окислением D-глюкозы (19) диоксидом марганца до D-глюконовой кислоты (58), в которой затем этерифицируют первичную НО-группу N,N-диметилглицином; образовашийся эфир переводят в кальциевую соль (59) действием гидроксида кальция.

Рис. 15.6.53. Схема синтеза пангамата кальция

Кроме кальция пангамата препарат содержит около 25 % кальция глюконата и 6 % кальция хлорида; препарат хорошо растворим в воде.

Из глюкозы также получают:

глюкуронид 1-аминоадамантана (глудантан), который является противопаркинсоническим средством [138];
поли-1-метакрилоил-D-глюкозу, которая синтезируется с использованием метода ацильной защиты гидроксилов; вещество примененяется в медицине и фармацевтике [116].

Источник

Ферментативный гидролизат

Гидролизат – продукт, полученный в процессе гидролиза, раздробления твердого вещества при помощи воды. В переводе с древнегреческого «гидро» — вода, «лизис» — разрушение.

В настоящее время есть много способов расщепления белка (протеина) для того, чтобы переработать сырье в легкодоступные для усвоения организмом человека белки и аминокислоты – с помощью кислоты, щелочи или ферментов.

Например, белок коллаген очень плохо усваивается организмом человека. Однако коллаген очень важен: это основной белок, который обеспечивает прочность и эластичность хрящей, сосудистой стенки, соединительной и мышечной тканей. Если подвергнуть коллаген предварительному гидролизу, то мы сможем получить из него необходимые биологически активные вещества в том виде, в котором организм может легко их усвоить.

В процессе пищеварения организм измельчает белки до отдельных аминокислот, которые затем попадают в кровь. К сожалению, пищеварительная система не всегда справляется с расщеплением белка. Исходя из того, насколько хорошо продукт усваивается в процессе пищеварения, оценивают его пищевую ценность. Гидролиз многократно повышает пищевую ценность белков.

В процессе гидролиза белков цепочки белковых молекул дробятся на фрагменты, которые называются пептиды (от греч. «пептос»-питательный), их молекулы построены из двух и более остатков аминокислот, соединённых в цепь. Пептиды, полученные при расщеплении белка, обладают рядом полезных свойств, их главное преимущество – намного более быстрое усвоение по сравнению с исходной белковой молекулой.

Основные способы гидролиза белков:

— кислотный гидролиз

— энзимный (ферментативный) гидролиз.

При кислотном гидролизе исходные белки обрабатывают кислотой и нагревают. В результате молекулярные связи разрушаются и белки распадаются на отдельные аминокислоты. Это самый простой и дешевый способ. Однако при нарушении технологии может произойти не только разрыв молекулярных связей, но и разрушение самих аминокислот. В результате конечный продукт гидролиза не будет иметь ценности для организма человека. Кроме того, в нем могут содержаться опасные остатки солей и кислот.

Ферментативный гидролиз белков повторяет естественный процесс пищеварения в организме человека. На первом этапе белковое сырье подвергают легкой температурной обработке. В результате белок частично разрушается. Затем частично раздробленные белки смешивают с ферментами, которые «переваривают» белок до тех пор, пока он не распадется до аминокислот. Излишки ферментов легко удалить. В конечный продукт гидролиза не могут попасть опасные для человека вещества, так как они не используются ни на одном из этапов гидролиза.

Уникальными химическими свойствами обладает сырье, полученное из морепродуктов. Благодаря полноценному аминокислотному составу и ряду важных компонентов ферментативные гидролизаты белка, полученного из морепродуктов, используют для профилактики многих болезненных состояний и оздоровления организма.

Источник