CS277454B6 - Spósob kryštalizácie fruktozy z vodného roztoku - Google Patents

Description

Vynález sa týká spósobu kryštalizácie fruktózy z vodného roztoku chladením zahuštěného roztoku fruktózy zaočkovaného drobnými kryštálikmi fruktózy.

Dóležitá úloha fruktózy vo výživě je všeobecne známa, na jej přípravu sa používá viacero surovin, menovite sacharóza, buď v krystalickéj forme alebo v roztoku, například v melase, izomerizovaný škrobový sirup /izomeróza/ taktiež inulín, ktorý sa získá po vyluhovaní hlízy topinamburu. Celkový cukor hydrolyzátu takéhoto inulínu zo· 70 až 85 % sa skládá z fruktózy.

Příprava chemicky čistých roztokov z vyššie vyměňovaných surovin, respektive ich hydrolyzátov vhodných na kryštalizáciu, móže sa diat separačnou metodou, komplexotvorným spósobom, ako aj enzymaticky. V praxi sú významné separačné postupy spomedzi ktorých sa v priemysle udomácnili dve metody: vyzrážanie fruktózy vo forme fruktozátu vápenatého, respektive selektívne delenie na stlpcovej chromatografii.

Vo všeobecnosti sa od fruktózového roztoku, vhodného na kryštalizáciu, požaduje aby 95 % jeho sušiny tvořila fruktóza a aby neobsahoval nečistoty váčšej molekulovej hmotnosti, ktoré by zabraňovali kryštalizácii. Podlá patentových spisov DE 1163307 a 2015571, CH 505202, SU 407947, US 4 846 347, FR 2 154 951, sa roztok do velkej miery - všeobecne do 1 až 5 % obsahu vody - zahustí, potom po zmiešaní alkoholu sa kryštáliky vylučujú tepelným spracovaním. Riešenia objasněné vo vyměňovaných spisoch sa od seba líšia mierou zahustenia, pomerom a druhom alkoholu /metanol, etanol, propanol/ spósobom zaočkovania kryštálikmi, respektive svojim tepelným režimom.

Podlá patentového spisu HU 166 641 vyvolá sa kryštalizácia zahuštěného fruktózového roztoku po přídavku určitým spósobom počítaného množstva očkovacích kryštálikov. Ďalej sa pokračuje tak, že k sirupu sa přidá nový, zahuštěný fruktózový roztok, pričom sa sirup premiešava. Napokon sa kryštáliky od matečného sirupu oddelia.

Predmetom patentového spisu HU 174 513 je technológia, ktorú možno považovat: za ďalšie rozvinutie vyššie uvedeného spósobu, a obsahuje spresnené údaje vztahované na hodnotu PH roztoku, teplotnú oblast, v ktorej sa vyvolá nasýtenost fruktózového roztoku, množstvo očakávacích kryštálikov a na iné parametre. Faktor presýtenosti sa v priebehu chladenia udržuje v medziach 1,1 až 1,2.

Nedostatkem vyššie uvedených ^-lešení je, že doba kryštalizácie je relativné dlhá, obvykle sa nachádza v medziach 48 až 72 hodin, kryštalizačné zariadenia sú zložité, postupy sú nehospodárne a sú poměrně náročné na energiu. Kryštáliky sú neuýhodne malé, priemerný rozměr kryštálov je v medziach 50 až 600 μm.

Na eliminovanie tažkostí pri kryštalizácii z vodných roztokov sa vyvinula aj taká technológia, v priebehu ktorej sa premení fruktóza na sčasti kryštalické sypké granule. Technológia sa používá najma pri zmesiach obsahujúcich značné množstvo glukózy. Podlá patentového spisu DE·2 333 513 do silné zahuštěných fruktózových roztokov s obsahom glukózy sa primiešavajú fruktózové a připadne glukózové krystalky, potom nafukováním suchého vzduchu roztok akoby navršia na očkujúce kryštáliky. Podobný postup obsahuje aj patentový spis DE 2 426 437. Nedostatkem týchto riešení je, že ako z hladiska prevádzkovania, tak zo strany vybavenia sú komplikovanéjšie a drahšie - už len pre potřebu nosného média.

Podstata vynálezu

Podstata spósobu kryštalizácie fruktózy z vodného roztoku podlá vynálezu spočívá v tom, že kryštalizácia prebieha u dvoch nezávislých úsekoch, medzi ktorými je přechodný úsek s teplotným spádom aspoň 7 °C/h., pričom prvý úsek kryštalizácie prebieha v rozmedzí teplot 74 až 55 °C pri teplotnom spáde 1,5 až 2,0 °C/h. a pri pomere teploty a koncentrácii 4,8 až 5,5 °C/% aspoň v troch krokoch a druhý úsek kryštalizácie prebieha v rozmedzí teplot 51 až 20 °C pri teplotnom spáde 1,2 až 1,5 °C/h. a pri pomere teploty a koncentrácie 3,8 až 4,5 °C/% aspoň v štyroch krokoch.

Riešenie podlá vynálezu sa zakladá na skutečnosti, že existuje taká teplotná oblasť rovnovážnéj křivky fruktózy, kde nie je metastabilná oblast. Tu má křivka len jeden úsek, a odtial na oboch stranách zvierajú metastabilnú oblast ohraničujúce spodně a horné úseky křivky oblasti - metastabilné oblasti - rózneho tvaru a rozměru. Proces kryštalizácie třeba súhlasne zvoleným rozdielnostiam metastabilných oblastí viest od seba odlišnými parametrami, ostávájúc v metastabilnej oblasti, kde zasa chýba metastabilná oblast číže na prechodovom úseku, kryštalizačný proces třeba přerušit, s čím možno obíst dostaveniu sa neželatelnej, spontánnej kryštalizácii.

Postupné podlá vynálezu sa roztok zahustí, zahuštěný roztok sa zaočkuje přidáváním drobnozrnných kryštálov fruktózy a zo zaočkovaného roztoku chladením sa vylúčia kryštály, ktoré sa od tekutej fázy oddelia. Pre tento postup je charakteristické to, že prerušiac chladením vyvolaný kryštalizačný proces, vylúčenie kryštálov sa uskuteční v dvoch od seba nezávislých odlišných úsekoch, na kryštalizačnom úseku, ktorý spadá do vyššej teplotněj oblasti chladenia, poměr teploty a koncentrácie čiže jednotlivé schody chladenia sa volia po 4,8 až 5,5 °C, a pri chladení sa uplatnia aspoň tri kroky. .

Poměr teploty a koncentrácie na kryštalizačnom úseku, ktorý spadá do nižšej teplotnej oblasti chladení?_; čiže jednotlivé schody chladenia sa volia po 3,8 až 4,5 °C, a pri chladení sa uplatnia aspoň štyri kroky.

Chladenie na kryštalizačnom úseku, ktorý spadá do nižšej teplotnej oblasti chladenia sa robí s rýchlosťou 1,5 až 2,0 °C, v kryštalizačnom úseku, ktorý spadá do nižšej teplotnej oblasti chladenia, s rýchlosťou 1,2 až 1,5 °C, v prechodnom úseku zase teplotný spád nastaví aspoň na hodnotu 7,0 °C/h., výhodné okolo

CD 277454 B6

8,0 °C/h. Prvý úsek kryštalizácie sa začína pri 74 °C a ukončí pri teplote okolo 55 °C, druhý úsek kryštalizácie zasa sa začína pri 51 °C a ukončí asi pri teplote 20 až 25 °C .

Příklad uskutočnenia vynálezu

Příklad

Roztok fruktózy sa pri teplote 74 °C zahustí na 90%nú hmotnostnú koncentráciu. Fruktózny roztok sa ihned’ zaočkuje drobnozrnnými kryštálikmi fruktózy. Pridávanie očkovacích kryštálikov do roztoku sa robí známou metodou. Zaočkovaný koncentrovaný roztok sa pri 74 °C podrobí prvej etape chladenia. Teplota roztoku sa tu v troch krokoch za 12 hodin zníži na 55 °C. V každom jednom kroku je priemerný teplotný spád, ktorý vyvolá pokles koncentrácie 5,0 °C/%. V tejto etape chladenia sa začne vylučovanie kryštálov. Tu je účelné rýchle zníženie teploty, lebo rozpuštěná fruktóza sa pri vyššej teplote rýchlo rozkládá, hlavně keď sú přítomné nečistoty, například elektrolyty, osobitne hydroxylové ióny ako vo váčšej koncentrácii ióny vodíka, ktoré katalyzujú rozklad. .

Na začiatku prvej etapy sa rýchlost chladenia nastaví na 2,0 °C/%, v dalšom priebehu tejto etapy zasa na 1,5 °C/%.

Roztok ochladený na 55 °C - vtedy už kryštalická masa - sa prevedie cez přechodný úsek, kde sa ochladzovacia operácia koná takou rýchlosťou, že pri nej sa netvoří alebo tvoří prakticky zanedbatelné množstvo kryštálov. V tomto prechodnom úseku sa teplota kryštalickej masy zníži za 0,5 hodin z 55 °C na 51 °C.

Kryštalická masa z přechodného úseku sa potom podrobí kryštalizácii v druhéj etape chladenia s nižšou teplotnou oblastou, kde sa hmota počas štyroch krokoch chladenia v priebehu 18 hodin schladí z 51 °C na 24,4 °C. V jednotlivých krokoch je teplotný spád, vztahujúci sa na zníženie koncentrácie, 4,0 °C/%. V tejto etape sa vylučovanie kryštálov nastavených na želaný rozměr ukončí.

Z kryštalickej masy sa oddelia kryštály od tekutej fázy roztoku. Potom sa krýštáliky sušia vzduchom. Na sušenie je účelné používat přibližné 45 °C teplý vzduch, ktorého relativná vlhkost nepřekročí 30 %.

Na přiložených obrázkoch sú znázorněné rovnovážné křivky roztokov. .

Na obr. 1 je znázorněná rovnovážná křivka roztokov a na obr. 2 rovnovážná křivka vodného roztoku fruktózy.

Křivka vyznačená na obr. 1 demonštruje změnu koncentrácie roztokov v závislosti od teploty, nezávisle od hmoty nějakého roztoku. Spodný a úsek křivky reprezentuje spodnú, horný b úsek zasa hornú hranicu rovnovážného stavu.

V spodnom úseku křivky b , teda v presýtenej oblasti . P, je v tekutině tuhá fáza v rozpustenom stave. V tejto oblasti možno započat kryštalizáciu, například zanesením očkujúcich kryštálov. Oblast nad horným úsekom křivky b je instabilná /labilná/ L. V tejto oblasti nemožno ovplyvňovať tvorbu kryštálov. V instabil nej oblasti L totiž dochádza k spontánněj kryštalizácii. Kryštalizačná procedúra má teda prebehnút v metastabilnej oblasti M, ktorá je ohraničená úsekmi křivky a a b, kde kryštály sa z roztoku cielene a ovplyvnitelne dajú vylúčit. Podlá obr. 1 například ochladením roztoku zo 60 °C na 40 °C klesne jeho koncentrácia K zo 100 mg/1 na 60 mg/1, teda hmotnost vylúčených kryštálov je 40 mg. Pretože v případe křivky podlá obr.l je závislost koncentrácie od teploty monotónna, chladenie možno takto robit plynule, neprerušene.

Ako vidiet na obr. 2 rovnovážná křivka fruktózy sa líši od všeobecnej křivky nasýtenia roztoku podlá obr.l - disponuje osobitným tvarom, charakteristickým len pre fruktózu. Koncentrácia nasýteného roztoku fruktózy nezávisí monotónně od teploty, ale v istej úzkej teplotnej oblasti, menovite medzi 51 °C a 54 °C, má křivka len jeden úsek, ktorý sa na obr.2 označil symbolem e. Od tohto napravo a nalavo sú dvojice c, dag, f úseky křivky, ktoré ohraničujú metastabilnú oblast M_Ip, resp. M_pj.

Oblast, nad dag úsekmi křivky, ohraničujúca metastabilnú oblast Mj a nad přechodným e úsekom křivky, je instabilná L /labilna/. Pod c a f úsekmi křivky a pod přechodným e úsekom křivky sa tiahne zase prešýtená oblast P. Horný d úsek křivky, oddelujúci Mj metastabilnú a L instabilnú oblast demonstruje, že náhle klesne koncentrácia nasýteného roztoku s teplotou. Pri 55 °C prechádza do e přechodného úseku křivky, potom od 51 °C opat náhle vzrastie koncentrácia, čo demonštruje horný g úsek křivky.

Spósobom kryštalizácie fruktózy podlá vynálezu možno dosiahnút kvalitně kryštály rozměru 600 až 1 200 μm. Krystalická fruktóza je sypká, dobré sa dá dávkovat, jej hygroskopičnost je priaznivá. Doba kryštalizácie je malá, vcelku 30,5 hodin.

Priemyselné využitie

Spósob podlá vynálezu možno využit jednak v potravinárskom priemysle ako aj v chemickom priemysle tam, kde sa vyžadujú chemicky čisté roztoky fruktózy.

Claims (1)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   Spósob kryštalizácie fruktózy z vodného roztoku chladením zahuštěného roztoku fruktózy zo 74 °C na 20 °C zaočkovaného drobnými kryštálikmi fruktózy s následným oddělením tuhej fázy od kvapalnej, vyznačujúci sa tým, že kryštalizácia prebieha v dvoch nezávislých úsekoch, medzi ktorými je přechodný úsek s teplotným spádom aspoň 7 °C/h., pričom prvý úsek kryštalizácie prebieha v rozmedzí teplot 74 až 55 °C pri teplotnom spáde 1,5 až 2,0 °C/h a pri pomere teploty a koncentrácie 4,8 až 5,5 °C/% aspoň v troch krokoch a druhý úsek kryštalizácie prebieha v rozmedzí teplot 51 až 20 °C pri teplotnom spáde 1,2 až 1,5 °C/h a pri pomere teploty a koncentrácie 3,8 až 4,5 °C/% aspoň v štyroch krokoch. ,