AGUA DE MACERACION DE MAIZ MEJORADA.(ES2037097)

k
OFICINA ESPAÑOLA DE
PATENTES Y MARCAS
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k
ES 2 037 097
kInt. Cl. : C08B 30/10
11 N.◦ de publicación:
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51
ESPAÑA
//A23K 1/14
C12P 37/00
C12N 1/14
k
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TRADUCCION DE PATENTE EUROPEA
kNúmero de solicitud europea: 87310844.3
kFecha de presentación : 09.12.87
kNúmero de publicación de la solicitud: 0 272 049
kFecha de publicación de la solicitud: 22.06.88
T3
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k
54 Tı́tulo: Lı́quido de maceración de maiz mejorado.
k
73 Titular/es: CPC International INC.
k
72 Inventor/es:
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74 Agente: Elzaburu Márquez, Alberto
30 Prioridad: 15.12.86 GB 8629913
International Plaza P.O. Box 8000
Englewood Cliffs New Jersey 07632, US
45 Fecha de la publicación de la mención BOPI:
16.06.93
45 Fecha de la publicación del folleto de patente:
16.06.93
Aviso:
k
k
de Troostembergh, Jean-Claude y
Oudenne, Francoise
k
En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletı́n europeo de patentes,
de la mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina
Europea de Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar
motivada; sólo se considerará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de
oposición (art◦ 99.1 del Convenio sobre concesión de Patentes Europeas).
Venta de fascı́culos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, 1 – 28036 Madrid
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DESCRIPCION
La presente invención se refiere a un lı́quido de maceración de maı́z y a un procedimiento para mejorar
la calidad del lı́quido de maceración de maı́z.
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“Lı́quido de maceración de maı́z” es el nombre que se da al lı́quido acuoso que se obtiene cuando el
maı́z se digiere con agua caliente con el fin de ablandar e hinchar el grano de maı́z. Al mismo tiempo, el
material soluble en el grano se extrae en el agua de maceración y este material es, dadas las condiciones
apropiadas, fácilmente fermentable.
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En la práctica, el maı́z se conserva en una serie de silos a través de los cuales se hace pasar el agua de
maceración. El contenido de materiales solubles en el agua de maceración aumenta a medida que pasa
a través de la serie, teniendo el agua que abandona el último silo el contenido más elevado de materia
disuelta. Las condiciones bajo las que se realiza la maceración contribuyen a que tenga lugar una fermentación láctica en la que los azúcares reductores se convierten en ácido láctico. Cuando el agua de
maceración de maı́z abandona el último silo, la fermentación láctica ya está en marcha.
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El lı́quido de maceración de maı́z, que es rico en nutrientes, encuentra un uso como una materia prima
para los organismos usados en la producción industrial de antibióticos, tales como penicilina. Para este
propósito, el agua de maceración de maı́z procedente de la maceración se somete a un procedimiento de
evaporación para separar algo del agua y, de esta forma, concentrar los sólidos nutrientes deseados.
Es importante que el lı́quido de maceración de maı́z usado por la industria de fermentación tenga
una calidad constante. Los factores por los que se juzga la calidad son un bajo contenido de azúcares
reductores, un elevado contenido de ácido láctico y un color pardo claro. La presencia de elevados niveles
de azúcares reductores en el agua de maceración de maı́z da lugar a la formación de compuestos tóxicos
durante la evaporación y esterilización del agua de maceración de maı́z reduciendo con ello el rendimiento
a partir de una fermentación posterior.
El uso de lı́quido de maceración de maı́z como un nutriente de la penicilina es también insatisfactorio
si el lı́quido tiene un contenido de lisina libre demasiado alto. El contenido de lisina del lı́quido de maceración de maı́z disminuye en alguna medida cuando el procedimiento de fermentación tiene lugar en el
agua durante el procedimiento de maceración, pero la desaparición de lisina libre es lenta y la cantidad
que queda en los componentes sólidos del lı́quido de maceración de maı́z después de la evaporación es
frecuentemente demasiado elevada para su uso en la producción de penicilina.
La Patente de EE.UU. 4 359 528 describe un procedimiento para producir un lı́quido de maceración
de maı́z que se dice facilita la fermentación láctica a un máximo y proporciona un producto que tiene una
concentración elevada de materia seca, una ausencia casi total de azúcares reductores, una composición
extremadamente regular y un contenido muy bajo de lisina libre, histidina, arginina, ácido aspártico y
tirosina. El procedimiento descrito en la Patente de EE.UU. para alcanzar estos objetivos comprende
poner en contacto granos de maı́z colocados en silos dispuestos en serie con un agua de maceración que
contiene aproximadamente 0,75 a 3 gramos de dióxido de azufre por litro, agua que se introduce sucesivamente en cada uno de los silos en serie, de manera que el agua atraviesa los silos uno después de
otro, definiendo el volumen de agua de maceración en metros cúbicos introducidos por tonelada de maı́z
comercial una relación cı́clica. La temperatura del agua de maceración se mantiene de manera que la
temperatura disminuye progresivamente de silo a silo, a medida que el agua pasa a través de los silos
de uno al siguiente, desde a lo sumo aproximadamente 58◦ C en el silo de entrada a aproximadamente
32◦C en la salida del silo a partir del cual se recupera el agua de maceración de maı́z. La relación cı́clica
se mantiene entre 0,8 y 1,2 metros cúbicos de agua de maceración por tonelada de maı́z comercial y
el tiempo de remojo durante el cual los granos de maı́z y el agua de maceración están en contacto se
mantiene entre aproximadamente 24 y 44 horas.
Como resultará evidente de la descripción precedente, el procedimiento de la Patente de EE.UU.
requiere un sistema de control de temperatura sofisticado y a las temperaturas más bajas existe la posibilidad de que se produzca la fermentación de levadura con la producción de alcohol a partir de los azúcares
presentes. La descripción de la Patente de EE.UU. resume brevemente otras dos soluciones que se han
propuesto para fomentar la fermentación láctica, pero rechaza ambas por no dar resultados satisfactorios.
La primera de estas otras dos soluciones se dice consiste en una incubación complementaria en la
que el agua de maceración con 6 a 8% de materia seca se envı́a a un depósito de almacenamiento donde
permanece entre 8 y 24 horas antes de ser evaporada. Se dice que este tiempo de permanencia permite
un agotamiento más completo de los materiales solubles por las bacterias lácticas. El procedimiento
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discontinuo es sin embargo comparativamente lento y, a menudo, se requieren incluso más de 24 horas
para completar el procedimiento. Periodos de tiempo tales como este significan que una planta de maceración de maı́z tiene que estar provista de incubadores relativamente grandes en los cuales realizar el
procedimiento, incrementando por consiguiente el coste de capital.
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La otra segunda solución se dice supone el sembrado del agua de maceración por medio de bacterias
lácticas que tendrı́an el efecto de reducir el tiempo de remojo, estando comprendida la temperatura de
remojo entre 45◦ y 50◦C y siendo la relación cı́clica del agua usada de 1,4 a 1,8 metros cúbicos de agua
por tonelada de maı́z comercial.
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El procedimiento de la presente invención no supone cambios del procedimiento de maceración propiamente dicho sino que comprende un tratamiento posterior del agua de maceración de maı́z después de
haber entrado en contacto con el maı́z. Es notable por requerir un periodo de tiempo relativamente corto
para el tratamiento, por efectuarse de manera continua y por proporcionar un producto con un color
mejorado y un contenido muy bajo de azúcares reductores. Además, cuando se desea, el procedimiento
puede efectuarse de manera que proporcione un producto con un contenido bajo de lisina libre.
Por consiguiente, la invención es un procedimiento para el tratamiento de agua de maceración de
maı́z, que comprende
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a) separar el agua a partir del maı́z,
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b) ajustar inicialmente el pH del agua entre 3,5 y 5,5 y
c) mantener el agua en contacto con biomasa del procedimiento durante un periodo en exceso de cuatro horas a una temperatura de 40 a 48◦C.
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“Biomasa del procedimiento” es la masa de microorganismos que se desarrollan naturalmente bajo las
condiciones de maceración en el agua de maceración de maı́z y que aumenta en cantidad con el tiempo.
Son estos microorganismos los que producen las enzimas que hacen que tengan lugar los cambios en el
agua de maceración de maı́z. La biomasa existe suficientemente como una fase, separada del agua de
maceración de maı́z, como para que sea capaz de fluir a una velocidad diferente, de manera que la biomasa
puede mantenerse en forma más concentrada mientras el gua de maceración fluye continuamente a su
través. La biomasa que está presente en el agua de maceración, inmediatamente después de que ésta
abandona el último silo de maı́z, es menos que la que se requiere para una operación eficaz del procedimiento de la invención. Por esta razón, la puesta en marcha del procedimiento supone el ajuste inicial
del pH seguido por el mantenimiento del agua de maceración de maı́z a la temperatura requerida durante
hasta 48 horas hasta que la biomasa se desarrolla en cantidad, preferiblemente hasta al menos cinco
veces la cantidad normalmente presente en el agua de maceración de maı́z, más preferiblemente hasta al
menos diez veces. A continuación puede alimentarse continuamente agua de maceración de maı́z de nuevo
aporte a la biomasa mientras el agua tratada se separa a partir de ella, manteniéndose sustancialmente
constante la cantidad de biomasa remanente y eliminándose el exceso con el agua tratada. La velocidad
a la que el agua de maceración de maı́z se alimenta a la biomasa puede incrementarse a medida que la
masa de esta última se desarrolla, de manera que, mientras inicialmente puede requerirse un tiempo de
permanencia de 6 a 48 horas, este puede disminuirse hasta 6 a 30 horas o incluso hasta 6 a 15 horas bajo
condiciones de funcionamiento estables.
El ajuste inicial del pH usualmente supone la adición de un álcali para incrementar el pH hasta al
menos 3,5, preferiblemente 3,75 a 4,5 al comienzo del procedimiento y durante la operación inicial de una
manera continua. Cuando se establece el funcionamiento continuo, el ajuste del pH puede interrumpirse.
El ajuste inicial del pH a 3,5 o más es eficaz para proporcionar un producto con un color mejorado y con
un contenido muy bajo de azúcares reductores. Si también se requiere lisina libre baja, se recomienda
incrementar el pH inicial por arriba de 5,0, preferiblemente a aproximadamente 5,5. El pH se ajusta
usualmente por adición de álcali, preferiblemente amonı́aco o un hidr%xido de metal alcalino, aunque
pueden usarse otros álcalis si son aceptables económicamente. Generalmente, se prefiere hidróxido de
amonio. En la puesta en marcha del procedimiento, la cantidad de amonı́aco añadido como amonı́aco
acuoso puede ser ventajosamente de aproximadamente 2,0% en peso (como 100% de base seca de NH3
basada en la sustancia seca del agua de maceración. Sin embargo, después de la puesta en marcha, pero
durante el periodo inicial de funcionamiento continuo se ha encontrado apropiado inyectar continuamente
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amonı́aco acuoso en el agua de maceración de maı́z, preferiblemente 0,5 a 1,0% en peso (base seca de
amonı́aco basada en la sustancia seca del agua de maceración). La cantidad exacta a usar variará, por
supuesto, de planta a planta, pero puede determinarse fácilmente a partir del pH deseado.
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El procedimiento se realiza a una temperatura en el intervalo de 40◦ a 48◦ C. El funcionamiento preferido es a aproximadamente 45◦ C y el control de temperatura en la planta es usualmente tal que la
temperatura real de funcionamiento varı́a en el intervalo de 45◦ C a 48◦ C.
Cuando está en funcionamiento completo, el procedimiento opera continuamente. El funcionamiento
continuo puede conseguirse alimentando el agua de maceración de maı́z a uno o más, por ejemplo 2 a 4
depósitos dispuestos en serie en los que el agua fluye hacia arriba a través de la biomasa rebosando desde
el último recipiente y llevando algo de la biomasa con ella, pero manteniendo la masa en los recipientes
sustancialmente constante.
Después del tratamiento por el procedimiento de la invención, el agua de maceración de maı́z se concentra convencionalmente, por ejemplo en un evaporador, para dar lı́quido de maceración de maı́z.
La invención se describirá ahora adicionalmente con referencia al Ejemplo siguiente.
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Ejemplo
200 litros de agua de maceración procedente de un procedimiento de maceración de maı́z comercial
se colocaron en un recipiente apropiado provisto de dispositivos de calentamiento y dispositivos para agitar suavemente el contenido. La agitación se ajustó para permitir alguna sedimentación de la biomasa,
manteniendo ası́ una cantidad relativamente constante en el incubador. El contenido en lisina libre del
agua de maceración era 50 mg por ml.
Se ajustó el pH del agua de maceración a 5,5 por adición de amonı́aco y el agua de maceración se
agitó suavemente durante 48 h a una temperatura de 45◦C. Después del periodo de tiempo de 48 horas,
el recipiente se alimentó continuamente con agua de maceración de nuevo aporte durante un periodo
de un mes. El agua de maceración se introdujo en la base del recipiente y se hizo fluir hacia arriba a
través de la biomasa rebosando en la superficie del lı́quido, siendo la cantidad de biomasa diez veces la
inicialmente presente en el agua de maceración. El tiempo de permanencia del agua de maceración en el
recipiente se redujo gradualmente incrementando el caudal. Durante los seis primeros dı́as, el tiempo de
permanencia era de 24 horas que posteriormente se redujeron a 14 horas durante el séptimo a duodécimo
dı́a y a continuación a 12 horas desde el décimo tercer dı́a hasta el final de mes.
Se alimentó amonı́aco continuamente al agua de maceración a medida que entraba en el recipiente. La
cantidad de dosificación era 1% (basado en la sustancia seca en el agua de maceración) que se disminuyó
progresivamente hasta 0,7-0,8% en el séptimo dı́a y a 0,6% en el décimo cuarto dı́a. En el décimo octavo
dı́a se interrumpió la adición de amonı́aco.
Se tomaron periódicamente muestras antes y después de la introducción y se analizaron para determinar los contenidos de azúcares reductores y lisina libre (Tabla 1).
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Las muestras tomadas antes y después de la incubación se concentraron por evaporación y se analizaron para determinar el contenido de sustancia seca, azúcares reductores, lisina libre y color (Tabla 2).
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TABLA 1
Antes de la incubación
Después de la incubación
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Tiempo
(dı́as)
Azúcares reductores
( % b.s. )
Lisina libre
(mg/100 ml)
pH
(20◦C)
Azúcares reductores
( % b.s. )
Lisina libre
(mg/100 ml)
1
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6
7
8
9
10
11
12
13
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15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
12,7
12,0
12,0
7,7
7,7
7,4
7,4
12,0
12,0
11,5
11,5
12,7
12,7
9,0
9,0
11,5
11,5
8,8
6,2
4,7
11,9
8,1
8,4
10,1
8,9
–
65
55
60
100
68
–
–
60
73
50
60
88
65
70
70
48
68
50
60
30
90
55
43
55
–
–
4,06
3,96
3,91
3,98
3,97
3,98
3,86
3,92
3,90
3,88
3,94
3,90
3,90
3,96
3,86
3,80
3,81
3,86
3,80
3,77
3,78
3,88
3,88
3,78
–
–
2,0
1,0
1,0
1,6
1,6
1,3
1,3
2,6
2,6
2,2
2,2
–
2,9
2,9
1,0
1,0
2,8
2,8
3,4
3,6
1,5
5,3
1,1
2,4
3,6
3,9
10
8
15
18
13
10
35
58
35
20
10
10
23
13
13
13
15
15
20
15
40
25
10
13
–
8
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TABLA 2
Dı́a
Contenido s.s.
(% p/p)
Lisina libre
(mg/100 g de s.s.)
Azúcares reductores
% p/p de s.s.
Color
Muestras no incubadas
3
10
14
50,3
49,8
45,8
632
667
843
10,6
9,0
12,6
Oscuro
Oscuro
Oscuro
Muestras incubadas
3
5
6
10
14
16
23
53,8
50,9
50,1
54,4
54,2
50,2
49,8
104
110
218
217
138
109
72
1,5
1,3
1,5
1,4
1,3
1,4
1,3
Pálido
Pálido
Pálido
Pálido
Pálido
Pálido
Pálido
5
10
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REIVINDICACIONES
1. Un procedimiento para el tratamiento de agua de maceración de maı́z, caracterizado por
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a) separar el agua a partir del maı́z,
b) ajustar inicialmente el pH del agua entre 3,5 y 5,5 y
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c) mantener el agua en contacto con biomasa del procedimiento durante un periodo en exceso de cuatro horas a una temperatura de 40 a 48◦C.
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2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el agua se mantiene
en contacto con biomasa del procedimiento durante un periodo de 6 a 15 horas.
3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado porque
la temperatura es 45◦ a 48◦ C.
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4. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por
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a)
b)
c1)
c2)
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d)
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separar el agua a partir del maı́z,
ajustar inicialmente el pH del agua entre 3,5 y 5,5,
mantener el agua de maceración de maı́z a una temperatura de 45◦ a 48◦ C durante hasta 48
horas para el desarrollo de la biomasa seguido por
alimentar continuamente agua de maceración de maı́z a una velocidad tal que el tiempo de
permanencia es 6 a 15 horas en contacto con la biomasa a una temperatura de 45◦ a 48◦ C,
ajustándose el pH de la alimentación de agua de maceración, al menos en la etapa inicial del
funcionamiento continuo, para ser al menos de 3,5.
separar el agua de maceración de maı́z a partir de la biomasa y reducir su volumen por evaporación para dar el lı́quido de maceración de maı́z.
5. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el pH es 3,75 y 4,5.
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6. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado
porque el pH es superior a 5.
7. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque el pH es 5,5.
45
8. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el pH se ajusta por adición de amonı́aco.
50
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60
7