L'amylase, également appelée glucoamylase, est une exoenzyme. Telle une artisane habile, elle clive avec précision les liaisons α-1,4-glucosidiques aux extrémités non réductrices de l'amidon liquéfié, décomposant progressivement la molécule d'amidon pour produire des molécules de glucose. Cependant, face aux liaisons α-1,6-glucosidiques plus complexes de l'amylopectine, l'amylase est moins efficace et peine à les cliver rapidement et efficacement.
Pour pallier les limitations des enzymes saccharifiantes face à l'amylopectine, des enzymes saccharifiantes composées ont été mises au point. Ces enzymes agissent comme une véritable « équipe de saccharification », soigneusement formulées par les fabricants d'enzymes, combinant l'activité des enzymes saccharifiantes et celle de la pullulanase dans des proportions optimales.
La pullulanase hydrolyse spécifiquement les liaisons glycosidiques α-1,6-D de l'amidon liquéfié pour produire des polysaccharides linéaires contenant des liaisons glucose 1,4-α-D. En synergie avec les enzymes de saccharification, elle agit comme une précieuse alliée, contribuant à surmonter les difficultés liées à l'amylopectine et à améliorer considérablement l'efficacité de la réaction de saccharification.
Outre leur effet synergique très efficace, les glycanes complexes présentent également l'avantage d'une faible activité enzymatique. Plus l'activité des transglycosylases et autres enzymes est faible, moins les réactions sont complexes, ce qui améliore la pureté et le rendement du glucose. On peut comparer cela à une équipe où chaque membre accomplit sa tâche spécifique sans interférence inutile, ce qui se traduit par une efficacité accrue et de meilleurs résultats.
Parmi les nombreux produits enzymatiques de saccharification composés disponibles sur le marché, les enzymes de saccharification composées haute performance des grandes marques sont plébiscitées par l'industrie pour leurs performances supérieures. Elles excellent en termes de vitesse de saccharification, de rendement en glucose et de contrôle de la réaction inverse, offrant ainsi aux entreprises des solutions de saccharification plus efficaces et de meilleure qualité.
Dans la production industrielle de glucose par hydrolyse de l'amidon, le contrôle de la concentration du substrat est un exercice d'équilibriste ; un juste milieu est indispensable pour garantir à la fois une efficacité de production élevée et une qualité de produit optimale. La concentration du substrat, paramètre en apparence simple, a un impact considérable sur la réaction de saccharification. Elle influe non seulement sur les coûts de production, mais détermine aussi directement l'efficacité de la saccharification et la qualité du glucose obtenu.
1. Inconvénients d'une concentration excessivement faible
Lorsque la concentration du substrat est trop faible, c'est comme mener une bataille avec des troupes insuffisantes : la bataille reste possible, mais l'efficacité et les résultats seront fortement réduits. Dans les réactions de saccharification, des concentrations de substrat excessivement faibles entraînent une augmentation significative de la consommation de vapeur lors des étapes suivantes. Ceci s'explique par le fait qu'une grande quantité d'eau doit être évaporée lors de la concentration ultérieure du sucre, et cette évaporation requiert une quantité importante de vapeur.
Imaginez une usine capable de traiter une grande quantité d'amidon en une seule réaction de saccharification pour obtenir une solution de sucre très concentrée, ne nécessitant qu'une faible quantité de vapeur pour atteindre la concentration souhaitée. Cependant, si la concentration du substrat est trop faible, chaque réaction de saccharification produira une solution de sucre peu concentrée. Pour obtenir la même concentration de produit, il faudra alors évaporer davantage d'eau, ce qui augmentera considérablement la consommation de vapeur et, par conséquent, les coûts de production. Ceci réduira non seulement les marges bénéficiaires de l'entreprise, mais risque également de la désavantager sur le marché.
2. Le problème de la concentration excessivement élevée
À l'inverse, des concentrations de substrat excessivement élevées peuvent engendrer toute une série d'autres problèmes. Elles peuvent exacerber la réaction inverse des enzymes de saccharification, un peu comme une machine qui fonctionnait auparavant sans problème est soudainement surchargée de matière, ce qui provoque un dysfonctionnement, voire une panne.
Lors de l'hydrolyse de l'amidon en glucose, les enzymes saccharifiantes catalysent également une réaction inverse, au cours de laquelle le glucose se recombine pour former des sucres complexes tels que l'isomaltoose. Lorsque la concentration du substrat est trop élevée, la concentration de glucose dans le milieu réactionnel augmente en conséquence, créant des conditions plus favorables à la réaction inverse et augmentant ainsi sa probabilité d'occurrence. L'intensification de cette réaction inverse entraîne directement une diminution du taux de saccharification, une réduction du rendement en glucose et affecte la qualité du produit ainsi que l'efficacité de la production. De plus, des concentrations élevées de substrat augmentent la viscosité de la solution réactionnelle, ce qui engendre des difficultés de transfert de masse et de chaleur et entrave davantage la réaction de saccharification.
3. Plage de concentration optimale
Après des années de pratique et de recherche en usine, la plupart des procédés de liquéfaction de l'amidon permettent de contrôler la concentration du substrat entre 30 et 35 % (fraction massique). Cette plage de concentration optimale garantit une quantité suffisante de substrat pour la réaction de saccharification, tout en maîtrisant la consommation de vapeur et en limitant les risques de réactions inverses. À une concentration de substrat de 30 à 35 %, l'enzyme de saccharification peut exercer pleinement son action catalytique, convertissant efficacement l'amidon en glucose, tout en évitant le gaspillage de vapeur dû à une concentration trop faible et les problèmes de réactions inverses causés par une concentration trop élevée.
Actuellement, la concentration maximale de substrat pour la saccharification dans l'industrie ne doit pas dépasser 38 % (fraction massique). Au-delà de cette limite, les effets de la réaction inverse deviennent difficiles à maîtriser, le taux de saccharification diminue significativement et la qualité du produit est compromise. Par conséquent, en production, un contrôle rigoureux de la concentration de substrat dans une plage appropriée est essentiel au bon déroulement de la production industrielle de glucose par hydrolyse d'amidon.
Dans la production industrielle de glucose par hydrolyse de l'amidon, la quantité d'enzyme utilisée et la durée de la réaction sont comme les rythmes d'une douce symphonie ; leur précision influe directement sur la réaction de saccharification et la qualité du produit final. Ces deux facteurs sont interdépendants et s'influencent mutuellement, déterminant conjointement l'efficacité et le rendement de la production.
1. Effet de la dose d'enzyme
La quantité d'enzyme utilisée est comparable au « dosage du catalyseur » dans cette transformation sucrée, et influence considérablement la réaction de saccharification. De prime abord, augmenter la quantité d'enzyme semble « booster » la réaction de saccharification, en raccourcissant le temps de réaction et en augmentant le rendement. Lorsque la capacité des équipements de production est limitée, tandis que la demande du marché ne cesse de croître, exigeant une production accrue, augmenter la quantité d'enzyme permet à la réaction de saccharification d'effectuer davantage de transformations en un temps plus court, améliorant ainsi l'efficacité de la production.
Cependant, des problèmes importants se cachent derrière cette apparente simplicité. L'augmentation de la dose d'enzyme diminue la valeur DE (équivalent glucose) finale de la saccharification, ce qui impacte directement le rendement. En effet, lors de l'hydrolyse de l'amidon en glucose, les enzymes saccharifiantes catalysent à la fois l'hydrolyse directe et l'hydrolyse inverse. Un excès d'enzyme accélère la réaction et la concentration de glucose augmente rapidement, créant des conditions plus favorables à la réaction inverse. L'intensification de cette dernière entraîne la recombinaison du glucose en sucres complexes comme l'isomaltoose, réduisant ainsi la pureté et le rendement en glucose.
2. Sélection du temps de réaction
Le temps de réaction est crucial dans cette transformation, et sa durée a un impact considérable sur la saccharification. Un temps de réaction de 40 à 60 heures est généralement recommandé pour la production de glucose. Cette durée optimale a été déterminée par de nombreuses études et une pratique clinique approfondie. Durant cette période, les enzymes peuvent exercer pleinement leur action catalytique, convertissant progressivement et efficacement l'amidon en glucose. Si le temps de réaction est trop court, l'amidon risque de ne pas être complètement hydrolysé, ce qui entraîne une saccharification incomplète, un faible rendement en glucose et des difficultés à garantir la qualité du produit. À l'inverse, un temps de réaction trop long augmente non seulement les coûts de production, mais peut également déclencher des réactions secondaires telles que la décomposition du glucose et un assombrissement de la couleur, affectant également la qualité du produit.
Choisir le temps de réaction approprié permet également de réduire les coûts enzymatiques. Dans un laps de temps optimal, les enzymes peuvent accomplir efficacement leur fonction catalytique sans qu'il soit nécessaire d'ajouter de l'enzyme pour accélérer la réaction. Cela permet non seulement de réaliser des économies sur la préparation des enzymes, mais aussi d'éviter les problèmes liés à un surdosage. Un temps de réaction adapté garantit également une saccharification de qualité, produisant un glucose d'une grande pureté et d'excellente qualité, répondant aux exigences strictes de diverses industries.