Свитзим

Новозаймс А/С (Дания)

Свитзим IT и Свитзим IT Extra - это два продукта, которые обеспечивают прекрасный результат в применяемых условиях: на распространенном промышленном оборудовании и при различных параметрах процесса.

Преимущества

  • Непрерывное действие и низкое образование побочных продуктов
  • Высокая продуктивность - продолжительность использования колонны до 200-400 дней
  • Низкая стоимость конверсии - до 18 ООО кг фруктозы на кг Свитзим IT
  • Высокий усредненный уровень потока - минимализация колебаний выхода продукта из колоны
Ферментные препараты

Свитзим IT – активность 360 - 400 IGIU / G
Свитзим IT Extra – активность выше 400 IGIU / G

Действие препарата

Действие препаратов Свитзим обусловлено содержащейся в них активностью, используемой процедурой заполнения колонны и применяемыми параметрами процесса в течении всего времени использования колонны .

Параметры процесса изомеризации

Активность ферментного препарата определяется как коэффициент конверсии декстрозы во фруктозу. Стабильностью является способность фермента сохранять свою активность в течении продолжительного времени использования. Продуктивность – это комбинированный эффект активности и стабильности, определяющийся как вес 42% фруктозного сиропа в кг (сухого вещества) полученого с помощью 1 кг фермента в течении всего времени его использования.

Продуктивность Свитзим IT (400 IGIU / G ) обычно 11000 – 16000 кг фруктозы на кг ферментного препарата, в зависимости от качества полученного (загружаемого) сиропа и фактических параметров процесса. Более высокая продуктивность возможна когда процесс проводится при низких температурах с хорошо - очищенным полученным сиропом.

На рис.1 показана линейная пропорция снижения активности Свитзим IT в зависимости от времени.

Изомеризационная колонна в период полураспада

1.jpg
Рис.1 Колонна в период полураспада

Температура

Температура процесса оказывает сильное влияние на активность и стабильность ферментного препарата так же как и на образование побочных продуктов. Стандартный процесс проводится при температуре 60°С (140° F ) . Повышенная температура приведет к увеличению активности фермента (и как следствие к увеличению конверсии декстрозы), но стабильность и продуктивность ферментного препарата снизят ся . Более того, образование побочных продуктов из - за разделения декстрозы и фруктозы скорее всего будет возрастать с увеличением температуры.

Понижение температуры ведения процесса приведет к увеличению риска инфицирования, а также к снижению активности ферментного препарата (более низкая конверсия декстрозы), но стабильность и продуктивность фермента усиляться.
Проведение процесса получения сиропа в соответствии с высокими гигиеническими стандартами необходимо, когда температура проведения процесс а изомеризации 55°С (131° F ) или даже ниже в течении всего периода с высокой производительностью производства.

2.jpg
Рис.2. Эффект от температуры изомеризации.

На рис.2. показана связь между температурой и тремя относительными характеристиками процесса.

  • Продуктивность (кг фруктозы/кг СВ фермента)
  • Скорость потока (макс. поток в колонне)
  • Скорость распада (скорость потери активности в колонне)

Точка пересечения этих характеристик предполагает лучшее соотношение продуктивности, скорости потока и скорости распада фермента. Обычно достигаемый эффект от Свитзим IT (400 IGIU / G ) при температуре 60°С (140° F ) :

Средняя скорость потока 5 - 6 кг сиропа/кг фермента в час
Накопленная продуктивность 12000 кг фруктозы/кг СВ фермента
Макс . скорость потока 10 кг сиропа/кг фермента в час

рН

рН уровень влияет на активность и стабильность ферментного препарата, и образование побочных продуктов. Максимальная активность достигается при рН выше 8, в то время как максимальная стабильность находится между значениями рН 7.2 и 7.5. На копление побочных продуктов вследствии разделения декстрозы и фруктозы увеличивается при повышении рН уровня.

Для достижения оптимальной экономии ферментного препарата и высокого качества сиропа, рН на входе в колонну должен быть в диапазоне 7.5 - 8.0 (измеренный при 25°С /77° F ) и зависить от чистоты поступающего сиропа. Входящие примеси будут катализировать разделение декстрозы и фруктозы в кислотные побочные продукты, и, таким образом приводить к низкому уровню рН на выходе из колонны. Необходимо избега ть рН уровня 7.0 (измеренный при 25°С /77° F ) на выходе из колонны.

Буферность подающегося сиропа с Na 2 CO 3 или NaHCO 3 способствует рН контролю. (Использованый Na 2 CO 3 для коррекции рН в результате во многих случаях достаточен и для изомеризации ) .

Важно отметить что все упомянутые рН значения измерены при 25°С /77° F . При 60°С (140° F ) рН значение будет примерно на 0.2 рН единицы ниже.

Влияние рН уровня на активность и стабильность

3.jpg
Рис.3 Влияние рН уровня на активность и стабильность

Сухие вещества (СВ)

Значение сухих веществ подающегося сиропа имеет влияние на количество образования фруктозы: слишком высокий уровень СВ влечет понижение видимой активности ферментного препарата из - за диффузионного сопротивления в порах частиц фермента. С другой стороны, слишком разбавленный сироп приведет к неоптимальному соотношению субстрат/фермент и увеличению риска микробной инфекции. На рис.4 показана взаимосвязь между температурой и СВ для минимализации риска микробного заражения. Часть графика выше линии кривой – это часть проведения процесса без риска инфицирования. Проводить процесс в условиях , обозначенных под линией кривой не рекомендуется и может привести к микробиологическому инфицированию. Оптимальная активность достигается если уровень СВ в подающемся сиропе находится в диапазоне от 40 до 52% (в/в).

Безопасные параметры процесса в зависимости от температуры и СВ%

4.jpg
Рис.4. Безопасные параметры процесса в зависимости от температуры и СВ%

Концентрация декстрозы (ДК)

Для достижения высокого уровня изомеризации, концентрация декстрозы в подающемся сиропе должна быть как можно выше. Если этот уровень низкий, реакция изомеризации должна проходить ближе к химическому балансу для достижения заданной концентрации фруктозы.

Концентрация фруктозы

Уровень изомеризации снижается с увеличением концентрации фруктозы вследствии достигаемого химического баланса. Содержание фруктозы в подающемся сиропе ( т.е обогащение рециркуляционных потоков фруктозой) должно быть, тем не менее, минимально.

Чисто та процесса

Каждый загружаемый Свитзимом реактор предполагает использование в течение длительного периода времени и поэтому требует очень высокого качества сиропа. Накопительный эффект даже с очень низким содержанием примесей подающегося сиропа может привести к значительному снижению жизненного цикла ферментного препарата. Некоторые примеси могут химически инактивировать изомеразу, в то время как, другие могут адсорбировать частицы Свитзима, постепенно блокируя активные центры ферментного препарата. Для достижения максимального жизненного цикла фермента тем не менее очень важно контролировать чистоту подаваемого на изомеризацию сиропа на протяжении всего времени эксплуатации (включая возможные рециркулирующие потоки).

Необработанный высоко - декстрозный сироп после осахаривания должен быть профильтрован для исключения твердых включений, которые могут засорять частицы Свитзима. Растворимые примеси (пептиды, аминокислоты, зола и т.д.) являются потенциальными ингибиторами изомеразы, и должны быть исключены с по мощью карбоновых фильтров (обработка активным углем) и ионообмена. Эффективность обработки активным углем и ионообменом должна быть проверена посредством измерения оптической плотности и удельной проводимости в очищенном подаваемом сиропе. Растворенный в сиропе кислород повышает образование побочных продуктов, которые могут инактивировать изомеразу. Содержание кислорода в сиропе должно быть тем не менее снижено до минимума вакуумной деаэраци ей после нагрева до температуры изомеризации.

Сульфит должен быть добавлен в количестве не превышающем примерно 100 ppm SO 2 в задаваемом сиропе. Перед подачей в изомеризационный реактор сироп должен пройти через 5 - 10 микрон. фильтр.

Активатор - магний

В задаваемом сиропе ионы магния активируют и стабилизируют Свитзим, таким образом, соответствующее количество , для примера MgSO 4 * 7 H 2 O ( Английской соли) , должно быть добавлено к очищенному задаваемому сиропу перед изомеризацией. Несмотря на высокую стоимость MgSO 2 - привлекательная альтернатива, сокращающая затраты на ионообмен, которые обычно больше чем компенсация разницы. Необходимое количество магния зависит от присутстствия ионов кальция, которые действуют как ингибиторы замещая активные ионы магния из молекулы изомеразы.

Если в задаваемом сиропе содержится 1 ppm ил и менее ионов кальция, то будет достаточным добавление 45 ppm Mg (примерно 0.6 MgSO 4 * 7 H 2 O на литр). При более высоких значениях ионов кальция (максимально 5 ppm ), необходимо провести вычисления весовой пропорции между магнием и кальцием.

Характеристика задаваемого сиропа

При подаче сиропа в изомеризационный реактор желательно достичь следующие показатели качества сиропа:

Температура 55 - 60°С (131 - 140° F ):
рН (коррекция с помощью Na 2 CO 3 ) 7.5 (измеренный при 25°С /77° F )
Содержание СВ 40 - 50 % (в/в).
Сод ержание декстрозы > 95% (на основе СВ)
Содержание фруктозы < 5% (на основе СВ)
SO 2 ~ 100 ppm
Ионы кальция < 1 ppm
MgSO 4 * 7 H 2 O > 0.55 г/л
Удельная проводимость (30%) (после ионообмена) < 50 μс/см
Оптическая плотность (280 нм 30% СВ) < 0.3

Применение

Изомеризация декстрозы во фруктозу с использованием продуктов Свитзим проводится непрерывным процессом в реакторе .

Дизайн реактора

При установке реактора необходимо учитывать размеры реактора, среднюю активность ферментного препарата, падение давления и распределение потока. Общий обьем Свитзим IT (400 IGIU / G ) , необходимый для производств а 100 метрических тонн СВ 42% Г ФС в день составляет менее 8 м 3 , и зависи т от температуры изомеризации.

5_big.jpg
Рис.5. Схема процесса

На рис.5 отражен пример процесса, включающий очистку, изомеризацию и последующую обработку сиропа. Непрерывные условия производственного процесса должны поддерживаться посредством тщательного контроля. В таких условиях активность ферментного препарата Свитзим IT снижается в течении времени с постоянной скоростью.

Пожалуйста свяжитесь со специалистами компании Новозаймс для более детального обсуждения параметров процесса и рекомендаций по дизайну реактора.

Условия хранения в течение применения

При загрузке Свитзима постарайтесь стабилизировать одинаковый поток подачи сиропа и минимизировать колебания в значении СВ. Хранение ранее загруженного ферментного препарата не рекомендуется. Ферментный препарат постепенно теряет активность с течением времени и в зависимости от температуры хранения.

Безопасность, меры предосторожности и условия хранения

Рекомендации по безопасности, мерам предосторожности и условиям хранения прилагаются ко всем продуктам.