BG60746B1 - Method for the preparation of crystalline fructose - Google Patents

Method for the preparation of crystalline fructose Download PDF

Info

Publication number
BG60746B1
BG60746B1 BG97580A BG9758093A BG60746B1 BG 60746 B1 BG60746 B1 BG 60746B1 BG 97580 A BG97580 A BG 97580A BG 9758093 A BG9758093 A BG 9758093A BG 60746 B1 BG60746 B1 BG 60746B1
Authority
BG
Bulgaria
Prior art keywords
fructose
solution
dextrose
crystalline
crystallization
Prior art date
Application number
BG97580A
Other languages
Bulgarian (bg)
Other versions
BG97580A (en
Inventor
Donald Lillard
Robert Schanefelt
Daniel Tang
Gary Day
Francis Mallee
Lawrence Schwab
Larry Peckous
Original Assignee
A.E.Staley Manufacturing Company
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by A.E.Staley Manufacturing Company filed Critical A.E.Staley Manufacturing Company
Priority to BG97580A priority Critical patent/BG60746B1/en
Publication of BG97580A publication Critical patent/BG97580A/en
Publication of BG60746B1 publication Critical patent/BG60746B1/en

Links

Landscapes

  • Seasonings (AREA)
  • Saccharide Compounds (AREA)

Abstract

Методът е комплексен и по него се получават два продукта кристална фруктоза и течен подсладител, например сироп с високо съдържание на фруктоза, от изходна суровина, съдържаща декстроза. Част от декстрозата се изомеризира до фруктоза и полученият разтвор, съдържащ декстроза и фруктоза, се фракционира до получаване на разтвор с високо съдържание нафруктоза. Последният се подлага на кристализация за получаване на фруктоза, а остатъчната матерна течност след това се смесва с разтвори, съдържащи декстроза, при което се получава течният подсладител.The process is complex and there are obtained two products of crystalline fructose and a liquid sweetener, for example fructose-rich syrup, from a raw material containing dextrose. A portion of the dextrose isomerized to fructose and the resulting dextrose-fructose-containing solution is fractionated to form a high-fructose solution. The latter is subjected to crystallization to produce fructose, and the residual mother liquor is then mixed with solutions containing dextrose to produce the liquid sweetener.

Description

(54)МЕТОД ЗА ПОЛУЧАВАНЕ НА КРИСТАЛНА ФРУКТОЗА(54) METHOD OF PREPARATION OF CRYSTAL FRUCTOSIS

Област на техникатаTechnical field

Изобретението се отнася до получаване на захари за хранителни цели, в частност до получаване на фруктоза при изомеризация на декстроза и по-специално до едновременно получаване на безводна кристална фруктоза и на сироп, съдържащ фруктоза и декстроза.The invention relates to the preparation of sugars for nutritional purposes, in particular to the preparation of fructose by isomerization of dextrose, and in particular to the simultaneous preparation of anhydrous crystalline fructose and syrup containing fructose and dextrose.

Също така от особена важност са методът за кристализация чрез охлаждане на разтвор на фруктоза, така че да се получат различни степени на пресищане по време на различните периоди на нарастване на кристалите, както и методът за получаване на пречистен и концентриран сироп от фруктоза.Also of particular importance are the method of crystallization by cooling the fructose solution so as to obtain different degrees of saturation during the various crystal growth periods, as well as the method of producing purified and concentrated fructose syrup.

Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION

Фруктозата е монозахарид, високо ценен като хранителен подсладител. Основно фруктозата се добива от царевично нишесте като по същество е царевичен сироп с високо съдържание на фруктоза /HFCS/. Сиропите, като търговски продукти, съдържат от 42 до 90% тегл. фруктоза спрямо сухото вещество /dsb/. /Както се използва в описанието, включително и в претенциите, обозначението „dsb“ означава „тегловно съотношение спрямо сухо вещество“/. Остатъкът е предимно декстроза. Сиропът /HFCS/, обикновено използван като заместител на захарозата в безалкохолни напитки, съдържа 55% фруктоза, 41% декстроза и 4% висши захариди /всички проценти са “dsb”/. Сухото вещество на такъв сироп е обикновено около 77% тегловни.Fructose is a monosaccharide, highly valued as a food sweetener. Fructose is mainly obtained from corn starch and is essentially high fructose corn syrup (HFCS). Syrups, as commercial products, contain from 42 to 90% by weight. fructose to dry matter / dsb /. (As used in the description, including the claims, the designation "dsb" means "dry weight ratio"). The residue is mainly dextrose. The HFCS syrup, commonly used as a substitute for sucrose in soft drinks, contains 55% fructose, 41% dextrose and 4% higher saccharides (all percentages are "dsb"). The dry matter of such a syrup is usually about 77% by weight.

В производството получаването на HFCS започва с ензимно разграждане на пречистена суспензия на нишесте. Основният източник на суровини е царевично нишесте, получено чрез мокро смилане, но може да се използва и нишесте с подобна чистота от други източници.In the production process, the preparation of HFCS begins with the enzymatic degradation of a purified starch suspension. The main source of raw materials is maize starch obtained by wet milling, but starch of similar purity from other sources can also be used.

В първия етап на един типичен метод нишестената суспензия желатинира чрез варене при висока температура. Желатинираното нишесте след това се разлага и превръща в дектрин с термостабилна α-амилаза в непрекъснат двуетапен процес. Полученият продукт е разтворим декстринов хидролизат с дексрозен еквивалент /ДЕ/ 6-15, подходящ за превръщане в захари на следващия етап.In the first step of a typical method, the starch suspension is gelatinized by cooking at high temperature. The gelatinized starch is then decomposed and converted into thermostable α-amylase dextrin in a continuous two-step process. The product obtained is soluble dextrin hydrolyzate with dextrose equivalent / DE / 6-15, suitable for conversion to sugars in the next step.

След разтварянето и декстринизацията pH и температурата на хидролизата с ДЕ ΙΟΙ 5 се нагласят за етапа на озахаряване. По време на озахаряването хидролизатът се хидролизира по-нататък до декстроза под ензимното действие на глюкоамилазата. Макар че озахаряването може да стане на порции, в повечето от модерните заводи озахаряването се провежда в непрекъснат процес. При непрекъснатия процес на озахаряване към хидролизат с ДЕ 10-15 след нагласяване на подходящите pH и температура се прибавя глюкоамилаза. Въглехидратният състав на обикновения високодекстрозен озахарен сироп в % е следният: от 94 до 96 декстроза, 23 малтоза, 0.3-0.5 малтотриоза 1-2 висши захариди, катовсички проценти са дадени спрямо сухо вещество. Обикновено полученият продукт има от 25 до 37% сухо вещество. Този високодестроктозен хидролизат след това се пречиства до получаване на съдържаща декстроза изходна суровина за следващия процес на изомеризация.After dissolution and dextrinization, the pH and hydrolysis temperature with DE Е 5 are adjusted for the saccharification step. During saccharification, the hydrolyzate is further hydrolyzed to dextrose under the enzymatic action of glucoamylase. Although the saccharification can be done in portions, in most modern factories the sacrifice is carried out in a continuous process. In the continuous process of saccharification to the hydrolyzate with DE 10-15 after adjusting the appropriate pH and temperature, glucoamylase is added. The carbohydrate composition of ordinary high-dextrose sugar syrup in% is as follows: from 94 to 96 dextrose, 23 maltose, 0.3-0.5 maltotriose 1-2 higher saccharides, all percentages are given relative to dry matter. Typically, the product obtained has from 25 to 37% dry matter. This high-destructose hydrolyzate is then purified to give dextrose-containing feedstock for the subsequent isomerization process.

За изомеризацията е необходимо да се получи висококачествена изходна декстрозна суровина, за да може получаващият се като краен продукт високофруктозен царевичен сироп (HFCS) да бъде много слабо оцветен и да иманиско пепелно съдържание. Висока чистота на изходната суровина е необходима също и за ефективно използване на колоните с имобилизирана изомераза.For the isomerization, it is necessary to obtain a high-quality dextrose feedstock in order for the resulting high-fructose corn syrup (HFCS) to be very poorly colored and to have ash content. High purity of feedstock is also required for efficient use of immobilized isomerase columns.

Колоните за провеждане на ензимна изомеризация, съдържащи имобилизирана изомераза, се използват непрекъснато за период от няколко месеца. През време на този период през колоните преминава много голям обем от декстрозосъдържащата изходна суровина, при което изключително малките количества от онечистващи вещества, като пепел, метални йони и/или протеин, които се намират в изходната суровина, могат да се натурпат и да понижат продуктивността на ензима. По тази причина декстрозната изходна суровина се пречиства до оцветеност от 0.1 /CRA х 100/ и до проводимост от 5-10 μΩ1.Enzyme isomerization columns containing immobilized isomerase have been used continuously for several months. During this period, a very large amount of dextrose-containing feedstock passes through the columns, whereby extremely small amounts of contaminants such as ash, metal ions and / or protein contained in the feedstock can accumulate and reduce productivity of the enzyme. Therefore, the dextrose feedstock is purified to a color of 0.1 / CRA x 100 / and to a conductivity of 5-10 μΩ 1 .

След като се обработи с въглен, филтрира и дейонизира, високодекстрозният сироп се изпарява до подходящо за изомеризацията сухо вещество. В допълнение изходната суровина се обработва химически чрез прибавяне на магнезиеви йони, които от една страна активират имобилизираната изомераза и от друга имат конкурентно инхиби2 торно въздействие към всички налични в утайката калциеви йони, които са силни инхибатори на изомеразата.After being treated with charcoal, filtered and deionized, the high-dextrose syrup is evaporated to a suitable isomerization dry matter. In addition, the feedstock is chemically treated by the addition of magnesium ions, which, on the one hand, activate the immobilized isomerase and, on the other, have a competitive inhibitory effect on all calcium ions, which are potent isomerase inhibitors, on the sediment.

Процесът на изомеризация,при който част от декстрозата се превръща във фруктоза. обикновено се провежда в поток, съдържащ от 94 до 96% /dsb/ декстроза и от 4 до 6°0 /dsb/ висши захариди, при от 40 до 50% сухо вещество. Потокът е с pH от 7.5 до 8.2 и температура 25С и се подлага под въздействието на ензима изомераза в продължение на 1/2 до 4 h при 55-65С.The process of isomerization in which some of the dextrose is converted to fructose. is usually carried out in a stream containing from 94 to 96% / dsb / dextrose and from 4 to 6 ° 0 / dsb / higher saccharides at 40 to 50% dry matter. The flow was pH 7.5 to 8.2 and temperature 25C and subjected to the isomerase enzyme for 1/2 to 4 hours at 55-65C.

Превръщането на глюкозата във фруктоза е обратим процес с равновесна константа около 1.0 при 60С. Поради това може да се очаква, че при състояние на равновесие ще се получи около 47-48% фруктоза, при използване на изходна суровина със съдържание на декстроза 94-96%. Но скоростта на протичане на процеса на изомеризация близо до равновесната точка е толкова ниска, че е по-благоразумно изомеризацията да се прекъсне при стенен на превръщане от около 42% фруктоза, за да се осигури на практика оптималното време за пребиваване на реакционната смес в реактора.The conversion of glucose to fructose is a reversible process with an equilibrium constant of about 1.0 at 60C. Therefore, it can be expected that an equilibrium state will produce about 47-48% fructose, using a feedstock with a dextrose content of 94-96%. However, the isomerization rate near the equilibrium point is so low that it is more prudent to interrupt the isomerization at a conversion wall of about 42% fructose to provide in practice the optimum residence time of the reaction mixture in the reactor .

В дадена изоколона /колона с имобилизирана изомераза/ степента на превръщането на декстрозата /глюкоза/ във фруктоза е пропорционална на ензимната активност на имобилизираната изомераза. Тази активност намалява с течение на времето приблизително експоненциално. Когато колоната е нова и активността е висока, скоростта на потока от изходна суровина, протичаща през колоната, е относително в мисока, тъй като и по-кратко време на пребиваване на изходния продукт в колоната осигурява постигане на степен на превръщане във фруктоза 42%. Когато времето на използване на колоната се увеличи, скоростта на протичане на изходната суровина през колоната трябва да се намалява пропорционално, за да се осигури по-дълго време на задържане, което да компенсира понижената активност, така че да се постигне константна степен на превръщане. На практика се използва паралелна работа на множество озоколони, за да се намалят колебанията в производството, свързани с капацитета и степента на конверсия. При такава организация на производствения процес всяка колона може да работи по същество независимо от другите. Различията в общия дебит на изоколоните трябва да се поддържат в относително тесни граници, предвид изискванията за провеждане на изпаряването и следващите довършителни операции. На практика дебитът не може да се контролира през цялото време, така че да се получава поток от 42% фруктоза, но това може лесно да се постигне като средно равнище.In a given isocolon / column with immobilized isomerase / the degree of conversion of dextrose (glucose) to fructose is proportional to the enzymatic activity of the immobilized isomerase. This activity decreases approximately exponentially over time. When the column is new and the activity is high, the flow rate of feedstock flowing through the column is relatively low, since a shorter residence time of the source product in the column ensures a fructose conversion rate of 42%. As the time of use of the column increases, the rate of flow of feedstock through the column should be reduced proportionally to provide a longer retention time to compensate for the decreased activity so as to achieve a constant conversion rate. In practice, multiple ozocalons are used in parallel to reduce production fluctuations related to capacity and conversion rate. In such an organization of the production process, each column can operate essentially independently of the others. Differences in the total flow rate of isocolones must be maintained within a relatively narrow range, taking into account evaporation requirements and subsequent finishing operations. In practice, the flow rate cannot be controlled at all times so as to produce a flow of 42% fructose, but this can easily be achieved at an average level.

Един от най-критичните променливи параметри на метода е pH във вътрешността на изоколоните. Работното pH е обикновено една приемлива стойност между рН-стойността при максимална активност /обикновено около 8/ и pH-стойността при максимална стабилност /обикновено около 7.0 до 7.5/. Това се усложнява от факта, че изходната декстрозна суровина няма стабилно pH при температура около 60С. Настъпват някои процеси на разпадане, при които се отделят киселинни странични продукти, които предизвикват спадане на pH в изоколоната по време на провеждане на процеса.One of the most critical variables of the method is the pH inside the isocolons. The working pH is usually an acceptable value between the pH value at maximum activity (typically about 8) and the pH value at maximum stability (typically about 7.0 to 7.5). This is compounded by the fact that the feedstock does not have a stable pH at about 60C. Some decomposition processes occur, which release acidic by-products that cause the pH in the isocolon to drop during the process.

Обикновено следващият изомеризацията етап от производствения процес е вторично пречистване на получения 42% сироп с високо съдържание на фруктоза (HFCS). По време на химическата обработка и провеждане на изомеризацията, когато изходната суровина се държи при по-високо pH и температура в определен период от време на време се получава допълнително оцветяване на продукта. Продуктът съдържа също така известно допълнително количество пепел от химикалите, добавени по време на изомеризацията. Тези оцветяващи и онечистващи вещества се отстраняват чрез вторична обработка с въглен и през йонообменни системи. Рафинираният 42% сироп (HFCS) след това обикновено се подлага на изпарение до получаване на 71% сухо вещество, който продукт е готов за продажба.Usually the next isomerization step of the production process is the secondary purification of the obtained 42% high fructose syrup (HFCS). During chemical treatment and isomerisation, when the feedstock is held at a higher pH and temperature for a certain period of time, additional coloring of the product is obtained. The product also contains some additional ash from the chemicals added during isomerization. These coloring and contaminants are removed by secondary charcoal treatment and through ion exchange systems. The refined 42% syrup (HFCS) is then usually evaporated to yield 71% of the dry product, which is ready for sale.

Използването на активен въглен за пречистване на захарни сиропи общо взето е познато. В патент на САЩ N 1 979 781 е описано смесване на суров захарен сироп, който не е смесен с глюкоза или с инертна захар /при 60С Brix /60% сухо вещество/ с 1 до 2% тегл. активен въглен при нагряване за кратък период от време до 134С. В патент на САЩ 2 763 580 подробно е описана обработката на захарни сиропи /напр. от тръстика, цвекло или царевица/ със сухо вещество между 10 и 60%, по-специално от 20 до 56% тегл. при 125 до 200С с активен въглен. В патента е описано, че може да бъде проведена частична обработка при една концентрация и условия, след което третирането с въглен може за завърши при по-висока концентрация на разтвора /получена чрез изпарение/ или при други условия.The use of activated carbon for the purification of sugar syrups is generally known. U.S. Patent No. 1,979,781 discloses the mixing of raw sugar syrup not mixed with glucose or inert sugar / at 60C Brix (60% dry matter) by 1 to 2% by weight. activated carbon for short periods of time up to 134C. U.S. Patent No. 2,763,580 details the processing of sugar syrups / e.g. of cane, beet or maize / with a dry matter of between 10 and 60%, in particular from 20 to 56% by weight. at 125 to 200C with activated carbon. The patent discloses that partial treatment can be carried out at one concentration and conditions, after which the carbon treatment can be completed at a higher concentration of the solution (obtained by evaporation) or under other conditions.

В много патенти, отнасящи се до получаване на захарни сиропи от царевица, съдържащи фруктоза, между другото е описана обработка с въглен и последващо концентриране на водните разтвори, които са с различна концентрация на фруктоза /dsb/ и различно сухо вещество. В патенти на САЩ № 3 383 245 и 3 690 948 е описана обработка на сиропи, съдържащи около 20% (dsb) фруктоза и с около 40% сухо вещество с активен въглен и последващо концентриране на сиропа /напр. чрез изпаряване до 7083% сухо вещество/.Many patents relating to the preparation of fructose-containing maize sugar syrups have described, inter alia, treatment with charcoal and subsequent concentration of aqueous solutions having different fructose concentrations (dsb) and different dry matter. U.S. Patent Nos. 3,383,445 and 3,690,948 describe the treatment of syrups containing about 20% (dsb) fructose and with about 40% activated carbon dry matter and subsequent concentration of the syrup / e.g. by evaporation to 7083% dry matter).

В патент на САЩ N° 3 684 574 е описано третиране с въглен на сироп, съдържащ около 20% (dsb) фруктоза при сухо вещество около 20% и последващо концентриране на сиропа. В патент на САЩ N 4 395 292 е описано захранване на разделителни колони с обработена с въглен смес от фруктоза и декстроза със съдържание на сухо вещество от 10 до 70%, за предпочитане 40% и следващо концентриране на екстрактите, съдържащи фруктоза. В последния патент /4 395 292/ е описано, че могат да се получат екстракти, съдържащи над 90% фруктоза и конкретно в пример 7 е посочено, че при зареждане на фракционираща колона с разтвор с 40% сухо вещество се получава фракция със съдържание на 100% (dsb) фруктоза при 9% сухо вещество.U.S. Patent No. 3 684 574 discloses a syrup treatment containing about 20% (dsb) of fructose with a dry matter of about 20% and subsequent concentration of the syrup. U.S. Patent No. 4,395,292 discloses the supply of fructose-dextrose-treated carbon separator columns with a solids content of 10 to 70%, preferably 40%, and subsequent concentration of the fructose-containing extracts. The last patent (4 395 292) describes that extracts containing more than 90% fructose can be obtained, and specifically in Example 7 it is stated that loading a fractionating column with a solution with 40% dry matter produces a fraction containing 100% (dsb) fructose at 9% dry matter.

Полученият сироп (HFCS) след провеждане на изомеризацията обикновено съдържа 42% фруктоза, 52% непревърната декстроза и около 6% олигозахариди. По причини, описани по-горе, този продукт съдържа практически максималното количество фруктоза, което може да се получи при процеса на изомеризация. За да се получи по-голяма концентрация на фруктоза. е необходимо селективно концентриране на фруктозата. За тази цел не могат да се използват много от обичайните начини за разделяне, тъй като различията между двата изомера с едно и също молекулно тегло са малки. Обаче фруктозата е склонна да образува комплекси с различни катиони, като например с калция. Това нейно свойство е използвано за създаване на производствени методи за разделяне на изомерите.The resulting syrup (HFCS), after isomerisation, typically contains 42% fructose, 52% unreacted dextrose and about 6% oligosaccharides. For the reasons described above, this product contains practically the maximum amount of fructose that can be obtained in the isomerization process. To obtain a higher concentration of fructose. selective concentration of fructose is required. Many conventional separation methods cannot be used for this purpose since the differences between the two isomers with the same molecular weight are small. However, fructose tends to form complexes with different cations, such as calcium. This property has been used to create manufacturing methods for the separation of isomers.

Съществуват основно два различни метода, които се използват за пречистване на фруктозата, при които се използват смоли в предпочитана катионна форма. При единия от методите се използва неорганична смола, водеща до селективна молекулна абсорбция на фруктозата /виж R. J. Jensen. „Метод за фракциониране на сироп с високо съдържание на фруктоза“. Абстракти на института по инженерна химия, 85-та национална среща, Филаделфия, 1978 г./.There are basically two different methods that are used to purify fructose, using resins in a preferred cationic form. One method uses an inorganic resin leading to selective molecular absorption of fructose / see R. J. Jensen. "Method for fractionation of high fructose syrup". Abstracts of the Institute of Engineering Chemistry, 85th National Meeting, Philadelphia, 1978 /.

При втория от промишлените методи се използват органични смоли /виж статията на К. Venkatasubramanian относно пречистване на биомолекули, Ехющпе Engineering, 6: 37-43, 1982/. Когато през фракционираща колона се пропусне воден разтвор на декстроза и фруктоза /напр. 42% сироп с високо съдържание на фруктоза/. то фруктозата се задържа от смолата в по-голяма степен в сравнение с декстрозата. Като елуент се използва дейонизирана и дезоксигенерирана освободена от кислород вода. Обикновено разделянето се осъществява в колона, запълнена с финозърнеста слабо омрежена полистиролсулфонатна катионно-обменна смола, като се предпочита нейната калциева сол. Обогатеният продукт, който съдържа приблизително 90% фруктоза, е отбелязан като много обогатен с фруктоза царевичен сироп (HFCS). Тази VEFCS фракция може да се смеси с 42% (HFCS) /изходния материал/ за получаване на продукти, които имат съдържание на фруктоза между 42 и 90%. Найтипичният от тези продукти е сиропът с 55% съдържание на фруктоза, който е наречен обогатен на фруктоза царевичен сироп /EFCS или 55 EFCS/. В патент на САЩ № 4 395 292 е даден пример /пример 1/ за разделяне на смес от фруктоза и декстроза на различни фракции и смесване на обогатените на фруктоза фракции до получаване на сироп със съдържание на фруктоза 55.8% /dsb/ . В същия този пример е описано, че се получават единични фракции с висока концентрация на фруктоза /напр. 75.1%/, както и смесени фракции с по-ниска концентрация на фруктоза /напр. 64.5% /dsb/ се смесва с 58,2% /dsb/ фруктоза/.In the second industrial method, organic resins are used (see K. Venkatasubramanian's article on purification of biomolecules, Eüshpe Engineering, 6: 37-43, 1982). When an aqueous solution of dextrose and fructose is passed through a fractionating column / e.g. 42% high fructose syrup. it fructose is retained by the resin to a greater extent than dextrose. Deionized and deoxygenated oxygen-released water is used as the eluent. Typically, the separation is carried out in a column filled with fine-grained slightly cross-linked polystyrene sulfonate cation exchange resin, preferably its calcium salt. The enriched product, which contains approximately 90% fructose, has been designated as highly fructose corn syrup (HFCS). This VEFCS fraction can be mixed with 42% (HFCS) / starting material / to produce products having a fructose content of between 42 and 90%. The most typical of these products is the 55% fructose syrup, called fructose-enriched corn syrup (EFCS or 55 EFCS). U.S. Patent No. 4,395,292 provides an example (Example 1) for separating a mixture of fructose and dextrose into different fractions and mixing the fructose-enriched fractions to produce 55.8% (dsb) fructose syrup. In the same example, it is described that single fractions with a high concentration of fructose / e.g. 75.1% /, as well as mixed fractions with lower fructose concentration / e.g. 64.5% (dsb) is mixed with 58.2% (dsb / fructose).

Обработката на други потоци от пречистването в процеса на ректификация е друг важен момент. Най-общо богатите на декст роза рафинирани продукти се връщат към декстрозната изходна суровина, с която се захранва изоколонната система за следващо превръщане в 42% (HFCS) рафинат, съдържащ декстроза и фруктоза и с по-високо съдържание на фруктоза в сравнение с изходната суровина, може да се рециклира през ректификационната колона, като се запази високото сухо вещество и се намали количеството използвана вода. Богатият на олигозахариди рафинат може да бъде рециклиран в системата на озахаряване.The treatment of other purification streams during the rectification process is another important point. Generally, dextrose-rich refined products return to the dextrose feedstock, which feeds the isoclonal system for subsequent conversion of 42% (HFCS) raffinate containing dextrose and fructose and higher fructose content than the feedstock , can be recycled through the distillation column while maintaining high dry matter and reducing the amount of water used. Oligosaccharide-rich raffinate can be recycled into the saccharification system.

Използването на вода като елуираща среда оказва голямо влияние върху общата изпарителна натовареност на системата. Много ниските концентрации увеличават риска от микробиално замърсяване в ситемата. Така най-важният параметър на конструкцията, определян от икономиката на процеса, е оптимизирането на количеството на сухото вещество при приемлива честота и намаляване до минимум на разреждащия ефект на елуента. Ефективността на захранването и използването на водата трябва да се увеличи за получаване на оптимален добив. Добивът е от важно значение, за да се намалят разходите по повторна изомеризация.The use of water as an elution medium has a great influence on the overall evaporative load of the system. Very low concentrations increase the risk of microbial contamination in the system. Thus, the most important design parameter determined by the economics of the process is to optimize the amount of dry matter at an acceptable frequency and minimize the dilution effect of the eluent. The efficiency of water supply and use must be increased to obtain optimum yield. Yield is important to reduce the cost of re-isomerization.

Това се постига чрез рециклиране, подобро калибриране на смолите с подходящо преразпределяне при запълването на колоните и допълнителни многократни входни и изходни точки в колоните. Този подход може да се използва за повишаване на чистотата и добива на продукта.This is achieved through recycling, improved resin calibration with appropriate redistribution in column filling, and additional multiple entry and exit points in columns. This approach can be used to increase the purity and yield of the product.

В прекъсната ректификационна система и малкото забележимо повишаване на чистотата на изходната суровина, която се подава в ректификационните колони, т. е. повисоко съдържание на фруктоза, се отразява в увеличаване на продукцията, чрез повишаване на добивите при определена чистота на продукта. На практика това означава максимално оптимизиране на съотношението на обема на изходната захарна суровина спрямо обема на смолата за определен цикъл, намаляване до минимум на отношението на необходимия воден стълб спрямо обема на смолата в цикъла и внимателно разпределяне на течността в колоните.In a discontinuous distillation system and the small noticeable increase in the purity of the feedstock that feeds into the distillation columns, that is, a high content of fructose, is reflected in an increase in production by increasing the yields at a certain purity of the product. In practice, this means maximizing the ratio of the volume of feedstock to the volume of the resin over a given cycle, minimizing the ratio of the required water column to the volume of the resin in the cycle, and carefully distributing the fluid in the columns.

Твърдофазови продукти на фруктозатаFructose solid phase products

Известни са методи за кристализация на фруктоза. Така напр. кристална фруктоза може да се получи чрез прибавяне на чист спирт към сироп, получен при киселинна хидролиза на инулин /Bates et al., Natl. Bur. Std. Circ. C 440,1 339, 1942/. Получаване на фруктоза от декстроза е описано в патент на САЩ № 1 354 664, а в патент на САЩ № 1 729 587 е описано получаване на фруктоза от захароза чрез ензимно превръщане.Fructose crystallization methods are known. For example, crystalline fructose can be obtained by the addition of pure alcohol to the syrup obtained by acid hydrolysis of inulin / Bates et al., Natl. Bur. Std. Circ. C 440.1 339, 1942 /. Dextrose fructose production is described in U.S. Patent No. 1 354 664, and U.S. Patent No. 1 729 587 describes the preparation of sucrose fructose by enzymatic conversion.

Фруктозата образува орторомбични бесфиноидални презми с алкохол, които се разпадат при около 103-105С. Познати са също хемихидратни и дихидратни кристални форми на фруктозата, но е за предпочитане да се избегне образуването на тези форми, тъй като фактически те са по-хигроскопични от безводните форми и имат точки на топене, близки до стайната температура. Тези свойства на кристалните форми на фруктозата много затрудняват работата с тях.Fructose forms orthorhombic besfinoidal alcohol-coated strains that decompose at about 103-105C. Hemihydrate and dihydrate crystalline forms of fructose are also known, but it is preferable to avoid the formation of these forms, since in fact they are more hygroscopic than anhydrous forms and have melting points close to room temperature. These properties of the fructose crystalline forms make it very difficult to handle them.

Разтворима кристална фруктоза /SCF/ се получава чрез метод, при който органичен разтворител, като денатуриран етилов алкохол се смесва с поток с висока концентрация на фруктоза /95% dsb/. Този поток кристализира при охлаждане, като се получава чиста кристална фруктоза. Продуктът се центрофугира, за да се отдели от матерната луга, пречиства се от разтворителя и се изсушава.Soluble crystalline fructose (SCF) is obtained by a method in which an organic solvent such as denatured ethyl alcohol is mixed with a high concentration of fructose (95% dsb). This stream crystallizes upon cooling to give pure crystalline fructose. The product was centrifuged to remove from the mother liquor, purified from the solvent and dried.

В патент на САЩ № 4 199 374 е описан метод за получаване на SCF. Фруктозата кристализира от разтвор на VEFCS /много обогатен на фруктоза с царевичен сироп/ в етанол. Разтворът се изпълва с фини кристали от фруктоза или глюкоза. Кристалите се отделят чрез филтриране, центрофугиране или други подходящи начини. След това кристалите се промиват с алкохол и се сушат под вакуум. Съдържанието на влага в алкохола и сиропа при този метод трябва много внимателно да се контролират, така че да се получат свободно плуващи фини кристали от фруктоза.U.S. Patent No. 4,199,374 describes a method for preparing SCF. Fructose is crystallized from a solution of VEFCS (very fructose enriched with corn syrup) in ethanol. The solution is filled with fine fructose or glucose crystals. The crystals are separated by filtration, centrifugation or other suitable means. The crystals were then washed with alcohol and dried in vacuo. The moisture content of alcohol and syrup in this method should be very carefully controlled to obtain free-floating fine fructose crystals.

Възможно е също да се получи просто изсушен фруктозен подсладител /DFS/. Методът за получаването му се състои в изсушаване на получени при ректификацията фракции с високо съдържание на фруктоза в ротационна сушилня, след което се калибрират през система от сортировъчни сита и мелници. В патент на САЩ № 4 517 021 е описано получаването на такава гранулирана полукристална твърда фруктоза, която съдържа по-малко от 2% тегл. вода. В патента се посочва, че около 60% тегл. от продукта представлява кристална фруктоза и по-малко от 35% тегл. от продукта е аморфна фруктоза. Използва се барабанна сушилня, като входящият въздух е с температура 50-80С. Част от получения твърд фруктозен продукт се рециклира и служи като инициатор на кристализацията.It is also possible to obtain a simply dried fructose sweetener (DFS). The method of its preparation consists in drying the fractions obtained with rectification of high fructose content in a rotary dryer, after which they are calibrated through a system of sorting sieves and mills. U.S. Patent No. 4,517,021 discloses the preparation of such granular semi-crystalline solid fructose containing less than 2% by weight. water. The patent states that about 60 wt. of the product is crystalline fructose and less than 35% by weight. of the product is amorphous fructose. A drum dryer is used and the inlet air temperature is 50-80C. Part of the resulting solid fructose product is recycled and serves as the initiator of crystallization.

Един от недостатъците на метода за получаване на DFS е този, че продуктът не може да бъде наречен чиста фруктоза, тъй като това е комплексен захарен продукт и не отговаря на поставяните от Кодекса за хранителни химикали критерии за „фруктоза“. Още повече той не е напълно кристален, поради което е по-хигроскопичен и с него по-трудно се борави при условия на повишена влажност в сравнение с кристалната фруктоза.One of the disadvantages of the DFS method is that the product cannot be called pure fructose, as it is a complex sugar product and does not meet the criteria for "fructose" set by the Food Chemicals Code. Moreover, it is not fully crystalline, which is why it is more hygroscopic and more difficult to handle under conditions of increased humidity than crystalline fructose.

За получаване на кристална фруктоза може да се използва и процес с вода. Обикновено той изисква изходна суровина с високо съдържание на фруктоза, която се охлажда до изкристализиране на фруктозата от разтвора. Такъв метод е описан в няколко публикации.A process with water may also be used to produce crystalline fructose. It usually requires a high fructose feedstock that is cooled to crystallize the fructose from the solution. Such a method has been described in several publications.

В патент на САЩ № 3 513 023 е описан метод за получаване на безводна кристална фруктоза от воден разтвор на фруктоза /минимум 95% сухо вещество/. Стойността на рН на разтвора трябва да бъде между 3.5 и 8.0. Разтворът на фруктозата се концентрира под вакуум до влагосъдържание между 2 и 5%.Разтворът се охлажда до 60-85С, поръсва се с кристална фруктоза и се разбърква енергично при задържане на температурата в граници 60-85С. В патента се посочва, че при тези условия се получава кристална маса, която след бавно охлаждане може да се напука или раздроби и след изсушаване от нея се получава нелеплива, свободно сипеща се фино кристална пудра. В патента е посочено, че по този метод се избягва образуването на стъклообразен продукт, когато този вид разтвор на фруктоза се концентрира под вакуум и след това се оставя да се охлади по обикновения начин.US Patent No. 3 513 023 describes a process for the preparation of anhydrous crystalline fructose from an aqueous solution of fructose (minimum 95% dry matter). The pH of the solution should be between 3.5 and 8.0. The fructose solution was concentrated in vacuo to a moisture content of between 2 and 5%. The solution was cooled to 60-85C, sprinkled with crystalline fructose and stirred vigorously while maintaining the temperature within 60-85C. The patent states that, under these conditions, a crystalline mass is obtained which, upon slow cooling, may be cracked or broken and, upon drying, a non-sticky, free-flowing, fine crystalline powder will be obtained. The patent states that this method avoids the formation of a glassy product when this type of fructose solution is concentrated in vacuo and then allowed to cool in the usual way.

В патент на САЩ N° 3 883 365 е описано изкристализиране на фруктоза от воден разтвор на фруктоза и глюкоза с 90% сухо вещество, съдържащи 90-99% /dsb/ фруктоза. Разтворът е наситен /58-65°С/. Фруктозата кристализира от разтвора при добавяне на кристали от фруктоза с хомогенен разтвор. Образуването на нови кристали се намалява до минимум чрез поддържане на кристалните зърна, които се внасят в разтвора на подходящо малко разстояние и запазване степента на пресищане между 1.1 и 1.2. Обемът на разтвора се увеличава непрекъснато или на етапи, докато продължава кристализацията. Посочено е, че оптималното рН на фруктозния разтвор е 5.0. както и това, че получените по този начин кристали имат следна големина между 200-600 μ. Кристалите се отделят от разтвора чрез центрофугиране.U.S. Patent No. 3,883,365 describes crystallization of fructose from an aqueous solution of fructose and glucose with 90% dry matter containing 90-99% / dsb / fructose. The solution is saturated (58-65 ° C). Fructose crystallizes from the solution by adding fructose crystals with a homogeneous solution. The formation of new crystals is minimized by maintaining the crystalline grains that are introduced into the solution at a suitable short distance and keeping the saturation level between 1.1 and 1.2. The volume of the solution increases continuously or in stages as crystallization proceeds. The optimum pH of the fructose solution is stated to be 5.0. and that the crystals thus obtained have the following size between 200-600 μ. The crystals were separated from the solution by centrifugation.

В патент на САЩ № 3 928 062 е описано получаване на безводна кристална фруктоза чрез посипване с кристали на разтвор, съдържащ 83-95.5% /сухо вещество/ обши захари и 88-99% фруктоза. Кристализацията може да се извърши чрез обикновено охлаждане на разтвора при атмосферно налягане или чрез изпаряване на водата при понижено налягане. Образуването на хемихидрати и дихидрати се избягва чрез извършване на кристализацията при определена концентрация на фруктоза и температура. Тези параметри са в областта на пресищане, но под точката, от която започва кристализацията на хемихидрата. Там е посочено, че матерната луга може да се използва повторно за кристализация на следващи количества от продукта, като се работи по същия начин без друга допълнителна обработка. Прибавянето на кристали, които служат като зародиш на кристализацията, се осъществява чрез суспендиране в разтвора на предварително приготвени кристали.U.S. Patent No. 3,928,062 discloses the preparation of anhydrous crystalline fructose by the crystallization of a solution containing 83-95.5% / dry matter / total sugars and 88-99% fructose. Crystallization can be accomplished by simply cooling the solution at atmospheric pressure or by evaporating the water under reduced pressure. The formation of hemihydrates and dihydrates is avoided by crystallization at a certain fructose concentration and temperature. These parameters are in the saturation region, but below the point at which crystallization of the hemihydrate begins. It is stated there that the mother liquor may be reused to crystallize further quantities of the product, working in the same way without any further treatment. The addition of crystals that serve as the nucleus of crystallization is accomplished by suspending in the solution of pre-prepared crystals.

В патент на САЩ № 4 199 373 е описан метод за получаване на кристална фруктоза чрез внасяне на 2-15% тегл. кристални зародиши от фруктоза във фруктозен сироп с концентрация 88-96% /dsb/ и оставяне на разтвора да кристализира при температура около 10 до 32С при относителна влажност под 70%. В патента е посочено, че необходимото време за кристализация е от 2 до 72h.Кристалите, получени по този метод, имат форма на големи пелети.U.S. Patent No. 4,199,373 describes a process for the preparation of crystalline fructose by introducing 2-15% by weight. crystalline fructose embryos in fructose syrup at a concentration of 88-96% (dsb) and allowing the solution to crystallize at about 10 to 32C at a relative humidity below 70%. The patent states that the crystallization time required is from 2 to 72h. The crystals obtained by this method have the form of large pellets.

В патент на САЩ N 4 164 429 е описан метод и апарат за получаване на кристални зародиши. Използва се поредица от центрофуги сепаратори, за да се селекционират зародишни кристали от обработен със зародиши сироп, които да имат предварително определена големина.U.S. Patent No. 4,144,429 discloses a method and apparatus for producing crystalline embryos. A series of centrifuge separators is used to select seed crystals from germ-treated syrup that have a predetermined size.

Кристализационни криви на охлажданеCrystallization cooling curves

Охлаждането на наситени или преситени разтвори за изкристализиране на веществото от тях е познато.Cooling of saturated or saturated solutions to crystallize the substance from them is known.

Известно е също така, че естественото охлаждане на наситен или преситен разтвор често води до отделяне на зародиша, при което се получават нежелани големи разлики в размерите на кристалния продукт. Напр. в Енциклопедия на химичната технология, том 7. стр. 243-285 /Kirk-Othmer, издателство John Wiley & Sons. Гю Йорк, трето издание. 1979/ е посочено, че при естествено охлаждане в преситения разтвор настъпва пикообразно бързо образуване на зародиши на кристализацията. В статията е описано, че при условия на контролирано охлаждане може да се задържи постоянно ниво на пресищане, с което да се постигне контролирано образуване на зародиши в определени граници. На фигура 5 са показани кривите, които се получават при естествено и при контролирано охлаждане на разтвора, публикувана в цитираната по-горе статия.It is also known that the natural cooling of a saturated or saturated solution often results in the embryo being separated, resulting in unwanted large differences in the size of the crystalline product. E.g. in Encyclopedia of Chemical Technology, Volume 7. pp. 243-285 / Kirk-Othmer, John Wiley & Sons. Guy York, Third Edition. 1979), it is stated that, upon natural cooling, a rapid rapid formation of crystallization nuclei occurs in the saturated solution. The article describes that, under controlled cooling conditions, a constant level of saturation can be maintained to achieve controlled seedling formation within certain limits. Figure 5 shows the curves obtained by natural and controlled cooling of the solution published in the article cited above.

Техническа същност на изобретениетоSUMMARY OF THE INVENTION

Различни аспекти на изобретението са описани по-подробно.Various aspects of the invention are described in more detail.

I Комплексен метод за поучаване на съдържащи фруктоза подсладителиI Comprehensive method for teaching fructose-containing sweeteners

В един от аспектите си изобретението се отнася до комплексно получаване на множество от продукти за подслаждане, които съдържат фруктоза.In one aspect, the invention relates to the complex preparation of a plurality of fructose-containing sweetening products.

А. Едновременно получаване на течен подсладител и на кристална фруктозаA. Simultaneous preparation of liquid sweetener and crystalline fructose

В един конкретен вариант изобретението се отнася до метод за получаване на кристална фруктоза и на течен подсладител, съдържащ фруктоза и декстроза, който включва кристализация на фруктоза от воден разтвор до получаване на смес, съдържаща кристална фруктоза и матерна луга, отделяне на кристалната фруктоза от матерната луга и смесване на декстроза с матерната луга, за получаване на течнофазов подсладител, съдържащ декстроза и фруктоза.In one particular embodiment, the invention relates to a method for the preparation of crystalline fructose and a liquid sweetener containing fructose and dextrose, which involves crystallization of fructose from an aqueous solution to obtain a mixture containing crystalline fructose and mother liquor, separating crystalline fructose from the mother liquor alkalis and blending of dextrose with the mother liquor to obtain a liquid phase sweetener containing dextrose and fructose.

При получаване на кристална захароза от воден разтвор обикновена практика е повторното използване на матерната луга за следващо изкристализиране, при което се увеличават онечистванията в матерната луга, наречена меласа. Тази меласа общо взето е толкова онечистена, че има стойност само като добавка към храна на животни или като ферментационна среда. В патент на САЩ № 3 928 062 е описано, че матерната луга от кристализация на фруктозата може да бъде използвана повторно за получаване на следваща реколта кристали от фруктоза. Относително ниският добив на кристална фруктоза при едноетапна кристализация, извършвана по обичайните методи, и трудностите, свързани с изомеризацията и фракционирането на сиропи, получени от царевична изходна суровина за получаване на изходен сироп от фруктоза с достатъчно висока концентрация за захранване на кристализатора прави необходимо рециклирането на матерната луга за повторна крестализация на фруктоза. Комбинираното получаване на кристална фруктоза заедно с течен посладител чрез прибавяне на декстроза към матерния разтвор позволява от един път да се получат два подсладителя с високо качество. Това от своя страна повишава до максимум добивът на фруктоза, полезна като подсладител и се оправдават трудностите, свързани с изомеризацията. Този процес намалява предимствата, постигнати при фракционирането, главната цел на което е да се отстрани декстрозата, за да се получи изходна суровина за кристализацията, като добавянето на декстроза към матерната течност е за сметка на обогатяването. постигнато при фракционирането.In the preparation of crystalline sucrose from an aqueous solution, it is a common practice to reuse the mother liquor for further crystallization, thereby increasing the impurities in the mother liquor, called molasses. This molasses is generally so polluted that it is of value only as an additive to animal feed or as a fermentation medium. U.S. Patent No. 3,928,062 discloses that fructose mother liquor may be reused to produce the next crop of fructose crystals. The relatively low yield of crystalline fructose in one-step crystallization carried out by conventional methods, and the difficulties associated with the isomerization and fractionation of syrups obtained from maize feedstock to obtain fructose feed syrup of sufficient concentration to feed the crystallizer mother liquor for crystallization of fructose again. The combined preparation of crystalline fructose together with a liquid sweetener by the addition of dextrose to the mother liquor allows two high quality sweeteners to be obtained at one time. This, in turn, maximizes the yield of fructose, which is useful as a sweetener and justifies the difficulties associated with isomerization. This process reduces the benefits of fractionation, the main purpose of which is to remove dextrose to provide a starting material for crystallization, while the addition of dextrose to the mother liquor is at the expense of enrichment. achieved in fractionation.

Едно конкретно приложение на този аспект на изобретението е метод за получаване на кристална фруктоза и на разтвор, съдържащ декстроза и фруктоза от захранващия поток, съдържащ декстроза, който се състои в изомеризиране на част от декстрозата в захранващия поток до получаване на първия разтвор, съдържащ декстроза и фруктоза, разделяне на този разтвор на първия захранващ поток и на втори захранващ поток, фракциониране на първия захранващ поток до получаване на разтвор с високо съдържание на фруктоза. кристализация на фруктоза от него до получаване на смес, съдържаща кристална фруктоза и матерна течност, отделяне на кристалната фруктоза от матерната течност и смесване най-малко на част от матерната течност с втория захранващ поток, до получаване на втори разтвор, съдържащ фруктоза и декстроза, който има по-високо съдържание на фруктоза спрямо декстрозата в сравнение с първия разтвор от декстроза и фруктоза. /Както е използван тук, включително и в претенциите, изразът „поток от декстроза и фруктоза означава разтвор, който съдържа декстроза и фруктоза/.One particular application of this aspect of the invention is a method of producing crystalline fructose and a dextrose-containing and dextrose-containing fructose solution, which consists in isomerizing a portion of dextrose in the feed stream to obtain a first dextrose-containing solution and fructose, separating this solution into the first feed stream and into the second feed stream, fractionating the first feed stream to obtain a high fructose solution. crystallization of fructose from it to obtain a mixture containing crystalline fructose and mother liquor, separating crystalline fructose from the mother liquor and mixing at least a portion of the mother liquor with the second feed stream, to obtain a second solution containing fructose and dextrose, which has a higher fructose content than dextrose compared to the first dextrose and fructose solution. (As used herein, including in the claims, the expression "dextrose and fructose flow means a solution containing dextrose and fructose".

В един свързан вариант изобретението се отнася също до метод за получаване на кристална фруктоза и на течен подсладител, който се състои в кристализация на воден разтвор на фруктоза до получаване на смес от кристална фруктоза и матерна течност, разделяне на кристалната фруктоза от матерната течност и спиране на следваща кристализация в матерната течност, за да се получи течен подсладител, съдържащ фруктоза.In one related embodiment, the invention also relates to a process for the preparation of crystalline fructose and a liquid sweetener, which consists in crystallizing an aqueous fructose solution to obtain a mixture of crystalline fructose and a mother liquor, separating crystalline fructose from the mother liquor and stopping further crystallization in the mother liquor to obtain a fructose-containing liquid sweetener.

Матерната течност, оставаща след кристализацията, представлява наситен разтвор на фруктоза. От известното ниво на техниката се знае, напр. от патент на САЩ № 3 928 062, че матерната течност може да бъде използвана повторно за кристализиране на следващи количества от кристали. За да се използва с такава цел, е необходимо тази наситена матерна течност да се загрее и концентрира до получаване на подходящ преситен разтвор на фруктоза, което да даде възможност за кристализация в него. Установено е, че е по-добре да се прекъсне кристализацията и матерната течност да се използва за получаване на течен подсладител, отколкото да се създават условия, предизвикващи изкристализиране на следваща реколта кристали от нея. Както беше посочено по-горе, матерната течност представлява наситен разтвор на фруктоза. За да се предотврати кристализацията и утаяването на кристали от фруктоза от този наситен разтвор по време на последваща обработка, на транспорта и/или съхранението му, трябва да се вземат мерки за прекъсване на кристализацията в матерната течност. Този аспект на изобретението е свързан с първия вариант, описан по-горе, при който се избягва повторна кристализация от матерния разтвор. Този процес не изисква задължително жертване на предимствата, получени при фракционирането, защото инхибирането на следваща кристализация не трябва непременно да се проведе чрез прибавяне на декстроза, а може да се осъществи чрез обикновено разреждане на матерния разтвор с вода, при което се спира кристализацията, без да се променя чистотата на фруктозата в матерната течност.The mother liquor remaining after crystallization is a saturated solution of fructose. It is known from the prior art, e.g. from U.S. Patent No. 3,928,062 that the mother liquor may be reused to crystallize further quantities of crystals. In order to be used for this purpose, it is necessary to heat and concentrate this saturated mother liquor to obtain a suitable, saturated solution of fructose to allow crystallization therein. It has been found that it is better to interrupt the crystallization and use the mother liquor to produce a liquid sweetener than to create conditions that cause crystals to crystallize from it afterwards. As mentioned above, the mother liquor is a saturated solution of fructose. In order to prevent crystallization and precipitation of fructose crystals from this saturated solution during post-treatment, transport and / or storage, steps should be taken to interrupt crystallization in the mother liquor. This aspect of the invention relates to the first embodiment described above, which avoids recrystallization from the mother liquor. This process does not necessarily require the sacrifice of fractionation to be sacrificed, since the inhibition of subsequent crystallization need not be carried out by the addition of dextrose, but may be effected by the ordinary dilution of the mother liquor with water, which stops crystallization without change the purity of fructose in the mother fluid.

Б. Многоетапно фракциониране на подсладители с високо съдържание на фруктозаB. Multistage fractionation of high fructose sweeteners

Един конкретен вариант на изобретението се отнася до метод за получаване на няколко съдържащи фруктоза подсладители, като най-малко един от тях съдържа декстроза и фруктоза, който се състои във фракциониране на захранващия поток, съдържащ декстроза и фруктоза, на обогатен на декстроза рафинат, нискофруктозен екстракт и екстракт с високо съдържание на фруктоза, в който концентрацията на фруктозата е около 90% /dsb/, и смесване на нискофруктозния екстракт със състав с поголяма dsb концентрация на декстроза в сравнение с него, при което се получава течен подсладител.One particular embodiment of the invention relates to a method for preparing several fructose-containing sweeteners, at least one of which contains dextrose and fructose, which consists in fractionation of the dextrose and fructose-containing feed stream of dextrose-enriched raffinate, low-fructose extract and high fructose extract in which the fructose concentration is about 90% (dsb), and mixing the low-fructose extract with a composition with a higher dsb dextrose concentration compared to it, to give but a liquid sweetener.

В този контекст понятието „фруктозен подсладител“ включва всеки подсладител, съдържащ фруктоза, без значение дали фруктозата е в разтвор, диспергирана, аморфна или кристална. Така например екстрактът с високо съдържание на фруктоза може да се използва за получаване на фруктозен сироп, кристална фруктоза или полукристална фруктоза, в която част от фруктозата е в твърда аморфна фаза.In this context, the term "fructose sweetener" includes any sweetener containing fructose, whether fructose is in solution, dispersed, amorphous or crystalline. For example, a high fructose extract can be used to produce fructose syrup, crystalline fructose or semi-crystalline fructose in which some of the fructose is in a solid amorphous phase.

Фракционирането на изомеризиран декстрозен сироп, напр. такъв, който съдържа и фруктоза и декстроза, за получаване на фруктозен подсладител обикновено се провежда чрез отделяне на декстрозен рафинат и фруктозен екстракт и рециклиране на остатъка от фракционирането. Така например в патент на САЩ № 4 395 292 се посочва, че се предпочита такъв начин за провеждане на метода. При отделяне на два екстракта единият с по-висока концентрация на фруктоза /dsb/, т. нар. високофруктозен екстракт, а вторият с по-ниска концентрация /dsb/. този фруктозен екстракт с по-висока концентрация може да бъде получен, без да се увеличава общата степен на разграждане на изходния материал при изомеризирането, както и всички проблеми, свързани с него. /Напр. намален капацитет на фракционирането, по-голямо натоварване от изпаряването на елуиращата вода и/или вредно понижаване на налягането, причинено от увеличения елуиращ воден поток, необходим за увеличаване на разграждането./Fractionation of isomerized dextrose syrup, e.g. one that contains both fructose and dextrose to produce a fructose sweetener is usually carried out by separating the dextrose raffinate and the fructose extract and recycling the residue from the fractionation. For example, U.S. Patent No. 4,395,292 states that such a method is preferred. In the separation of two extracts, one with a higher concentration of fructose (dsb), the so-called high-fructose extract, and the other with a lower concentration (dsb). this higher concentration fructose extract can be obtained without increasing the total degradation of the starting material during isomerisation, as well as any problems related thereto. / Eg reduced fractionation capacity, higher loading than evaporation of the elution water, and / or detrimental decrease in pressure caused by the increased elution water flow required to increase degradation.

Ползата от получаване на нискофруктозен екстракт е по-малка от тази от високофруктозен екстракт. /Това означава,че получаване на кристална фруктоза от нискофруктозния екстракт би било трудно/. Но фруктозата от този екстракт може да се използва за повишаване на фруктозното съдържание в захарни сиропи, получени от царевица, които съдържат даже по-малко фруктоза, напр. чрез смесване със сироп от изомеризацията, като напр. с 42% фруктозен сироп, до получаване на високофруктозен сироп, като напр. 55% фруктозен сироп.The benefit of producing a low-fructose extract is less than that of a high-fructose extract. (This means that it would be difficult to obtain crystalline fructose from the low fructose extract). However, the fructose of this extract can be used to increase the fructose content of sugar syrups obtained from maize that contain even less fructose, e.g. by mixing with isomerization syrup, such as e.g. with 42% fructose syrup to produce high fructose syrup, e.g. 55% fructose syrup.

При едно особено предпочитано изпълнение на този аспект на изобретението високофруктозният екстракт се използва за захранване на кристализатора за кристализация на фруктоза. Съответно, в един аспект изобретението се отнася до метод за получаване на кристална фруктоза и на течен подсладител, съдържащ декстроза и фруктоза, който включва фракционирането на поток, съдържащ декстроза и фруктоза до обогатен на декстроза рафинат, нискофруктозен екстракт и весокофруктозен екстракт, кристализация на фруктоза от воден разтвор, получен от високофруктозния екстракт и смесване на нискофруктозния екстракт със съдържащ декстроза състав, който има концентрация на декстроза, по-висока от тази на нискофруктозния екстракт до получаване на течен подсладител, съдържащ декстроза и фруктоза.In a particularly preferred embodiment of this aspect of the invention, the high fructose extract is used to feed the crystallizer to crystallize fructose. Accordingly, in one aspect, the invention relates to a method for the preparation of crystalline fructose and a liquid sweetener containing dextrose and fructose, which comprises the fractionation of a stream containing dextrose and fructose to dextrose-enriched raffinate, low-fructose extract and weight-fructose extract, crystallization from an aqueous solution obtained from the high-fructose extract and mixing the low-fructose extract with a dextrose-containing composition having a dextrose concentration higher than that of the low-fructose extract e preparing a liquid sweetener comprising dextrose and fructose.

Това приложение на метода е е особени предимства, тъй като необходимата за провеждане на кристализацията концентрация на фруктоза /dsb/ е толкова висока, че фракционирането на потока от изомеризацията процес, съдържащ декстроза и фруктоза, за получаване на един-единствен екстракт би било непрактично. С други думи, степента на разпадане, необходима за получаване на един екстракт, който да има задоволително висока фруктозна чистота, за да бъде приложим като изходна суровина за захранване на кристализатора често понижава капацитета на фракционирането и/ или увеличава другите трудности, свързани е фракционирането, така че такъв вариант на приложение е непрактичен.This application of the method is of particular advantage because the fructose concentration (dsb) required for crystallization is so high that fractionation of the isomerization flux containing dextrose and fructose to produce a single extract would be impractical. In other words, the rate of decomposition required to produce an extract having a sufficiently high fructose purity to be useful as a feedstock for the crystallizer feed often lowers the fractionation capacity and / or increases the other difficulties involved in fractionation, so such an application is impractical.

Евентуален недостатък на метода, при който се вземат два екстракта - високофруктозен и нискофруктозен, и те поотделно се използват за получаване на кристален подсладител и на течен подсладител, е този, че количеството фруктоза в нескофруктозния екстракт, който се използва за повишаване съдържанието на фруктоза в изомеризирания сироп, е по-ниско в сравнение с това на единичния фруктозен екстракт при същата обща степен на разграждане. С това се намалява общото количество фруктоза / dsb/ в течния подсладител. Този недостатък се преодолява чрез използване на матерна течност от кристализацията на част от фруктозата на високофруктозния екстракт. С други думи, в особено предпочитано изпълнение на метода се смесва матерна течност, съдържаща фруктоза, вискофруктозен екстракт и иизомеризиран царевичен сироп, за да се получи течен подсладител /напр. 55% фруктозен сироп/.A possible disadvantage of the method of taking two extracts - high-fructose and low-fructose, and used separately to produce crystalline sweetener and liquid sweetener, is that the amount of fructose in the non-fructose extract used to increase the fructose content in the isomerized syrup is lower than that of the single fructose extract with the same overall degradation rate. This reduces the total amount of fructose (dsb) in the liquid sweetener. This disadvantage is overcome by the use of a mother liquor from the crystallization of part of the fructose of the high-fructose extract. In other words, in a particularly preferred embodiment of the method, a mother liquor containing fructose, a high-fructose extract and isomerized corn syrup is mixed to produce a liquid sweetener / e.g. 55% fructose syrup.

Променлива крива на охлаждане на преситен разтворVariable cooling curve of a saturated solution

В друг аспект изобретението се отнася до метод за получаване на кристална фруктоза от разтвор, който се състои в охлаждане на посочения разтвор от изходната температура при начална скорост на охлаждане, след това охлаждане при междинна температура и междинна скорост на охлаждане, която е по-ниска в сравнение с началната, и след това охлаждане на разтвора при крайна температура и крайна скорост на охлаждане, която е по-висока в сравнение с междинната.In another aspect, the invention relates to a method for producing crystalline fructose from a solution which comprises cooling said solution from the original temperature at an initial cooling rate, then cooling at an intermediate temperature and an intermediate cooling rate that is lower compared to the initial one, and then cooling the solution at a final temperature and a final cooling rate that is higher than the intermediate one.

На фигура 5 е показана типична крива на охлаждане, получена при процеса на кристализация. Кривата А е естествена крива на охлаждане и кривата В е крива на контролирано охлаждане, провеждано така, че да се постигне постоянно ниво на пресищане. На фигура 4 е показана кривата на охлажданепри различно насищане на разтвори съгласно изобретението. При сравняване на двете фигури се вижда голямата разлика между кривите на охлаждане, проведено по общоприетия начин, и тези, получени съгласно изобретението.Figure 5 shows a typical cooling curve obtained during the crystallization process. Curve A is a natural cooling curve and curve B is a controlled cooling curve conducted to achieve a constant level of saturation. Figure 4 shows the cooling curve with different saturation of the solutions according to the invention. When comparing the two figures, one can see the big difference between the cooling curves conducted in the conventional manner and those obtained according to the invention.

Използването в междинния период на охлаждане на скорост по-ниска от тази в началния и крайния период, позволява да се следва до минимум както спонтанното зараждане на кристали в разтвора, така и топлинно-индуцираното разпадане на фруктозата, особено по време на охлаждане. Намаляването на възможността за образуване на кристални зародиши води до получаване на кристален продукт с почти еднаква големина на частиците, а намаляването на вредното нагряване повишава добива на кристална фруктоза и на матерна течност и намалява онечистванията от продуктите на разлагане в матерната течност, с което се подобрява използваемостта й като източник на фруктоза за получаване на течен подсладител.The use in the intermediate cooling period of a velocity lower than that in the initial and final periods allows to minimize both the spontaneous formation of crystals in solution and the heat-induced decomposition of fructose, especially during cooling. Reducing the possibility of crystalline germ formation results in a crystalline product of almost the same particle size, and reducing harmful heating increases the yield of crystalline fructose and mother liquor and reduces impurities from degradation products in the mother liquor, thereby improving its usability as a source of fructose to produce a liquid sweetener.

III. Пречистване на сиропи с високо съдържание на фруктоза чрез обработка с въглен при ниско сухо веществоIII. Purification of high fructose syrups by low-dry charcoal treatment

В друг аспект изобретението се отнася до метод за получаване на концентриран разтвор на фруктоза, който се състои в получаване на разтвор на фруктоза с концентрация, по-висока от около 75% /dsb/ тегловни и сухо вещество, по-ниско то 40%, обработка на този разтвор с активен въглен до получаване на пречистен разтвор на фруктоза и изпарение на този разтвор до сухо вещество, по-високо от 40%.In another aspect, the invention relates to a process for the preparation of a concentrated fructose solution, which consists in the preparation of a fructose solution having a concentration greater than about 75% (dsb) by weight and dry matter of less than 40%. treatment of this solution with activated charcoal to obtain a purified fructose solution and evaporation of this solution to a dry matter of more than 40%.

Третирането на захарни сиропи с активен въглен за пречистване е известно, но сега е установено, че сироп с висока концентрация на фруктоза /dsb/ трябва да има относително ниско сухо вещество, за да се намали образуването при обработка с активен въглен на вторични продукти /напр. дифруктоза/, което може да намали наличната фруктоза в сиропа, да инхибира кристализацията й от сиропа и/или да повлияе на органолептичните свойства на сиропа или на подсладителя, получен от него. В таблици 2 и 3 е показано влиянието на сухото вещество върху образуването на дифруктоза при висока концентрация на фруктоза в сиропа /95 + %dsb и по време на контакта с активен въглен.The treatment of activated carbon sugar syrups for purification is known, but it has now been established that a high fructose syrup (dsb) should have a relatively low dry matter to reduce the formation of activated carbon by-products / e.g. . diffructose /, which can reduce the available fructose in the syrup, inhibit its crystallization from the syrup and / or affect the organoleptic properties of the syrup or the sweetener derived from it. Tables 2 and 3 show the effect of dry matter on the formation of diffructose at high fructose concentration in syrup / 95 +% dsb and during contact with activated carbon.

Един подобен вариант на изобретението се отнася до метод за получаване на кристална фруктоза, който се състои във фракциониране на поток, съдържащ декстроза и фруктоза за получаване на разтвор с високо съдържание на фруктоза- по-голямо от 90% /dsb/, обработване на този високофруктозен поток с активен въглен до получаване на пречистен разтвор на фруктоза, след това подлагане на този пречистен разтвор на изпарение за концентриране и кристализация на фруктоза от този воден разтвор. Тази последователност, при която обработката с активен въглен предхожда изпаряването на високофруктозния поток, осигурява провеждането на обработката при сравнително ниско сухо вещество, тъй като високофруктозните екстракти обикновено имат ниско сухо вещество, когато се получават при елуиране на ретификационна колона.One such embodiment of the invention relates to a process for the preparation of crystalline fructose, which consists in the fractionation of a stream containing dextrose and fructose to obtain a solution with a high fructose content of greater than 90% (dsb), treating this high fructose activated carbon stream to obtain a purified fructose solution, then subject this purified evaporation solution to concentrate and crystallize the fructose from this aqueous solution. This sequence, in which the activated carbon treatment precedes the evaporation of the high-fructose stream, ensures that the treatment is performed on a relatively low dry matter, since high-fructose extracts usually have a low dry matter when obtained by elution on a retention column.

Друг конкретен вариант на изобретение то се отнася до метод за получаване на кристална фруктоза, който се състои в кристализация на разтвор до получаване на смес от кристална фруктоза и матерна течност, съдържаща фруктоза. отделяне на кристалната фруктоза от матерната течност, смесване на част от фруктозата от тази матерна течност с течност, съдържаща вода, до получаване на разтвор на фруктоза с ниско сухо вещество /напр. по-малко от около 70%/, обработване на този разтвор на фруктоза с ниско сухо вещество с активен въглен и подлагане на разтвора на изпарение до получаване на разтвор на фруктоза с по-високо сухо вещество.Another specific embodiment of the invention relates to a process for the preparation of crystalline fructose, which consists in crystallizing a solution to form a mixture of crystalline fructose and a mother liquor containing fructose. separating crystalline fructose from the mother liquor, mixing a portion of the fructose from that mother liquor with a liquid containing water to form a low dry matter fructose solution / e.g. less than about 70% /, treating this solution with low dry matter with activated carbon and subjecting the solution to evaporation to obtain a solution of fructose with a higher dry matter.

В едно конкретно предпочитано изпълнение на метода матерната течност, получена при кристализацията, се смесва с течност, съдържаща вода /напр. чешмена вода, сладка вода, захаридна вода, като 42% фруктозен сироп и подобни/ за намаляване на сухото вещество преди третирането с активен въглен и след това се изпарява до получаване на по-високо сухо вещество. Полученият разтвор с по-високо сухо вещество може да се използва по различни начини, напр. за захранване на кристализатора, като високофруктозен подсладител във вид на сироп или за получаване на захранващ поток, като във всички тези случаи се проявяват предимствата, посочени по-горе, които са резултат от намаляване на сухото вещество на матерната течност, преди обработката с активен въглен и последващото изпаряване.In one particular preferred embodiment of the process, the mother liquor obtained during crystallization is mixed with a liquid containing water / e.g. tap water, fresh water, saccharide water, such as 42% fructose syrup and the like / to reduce the dry matter before treatment with activated charcoal and then evaporate to obtain a higher dry matter. The resulting solution with a higher dry matter may be used in various ways, e.g. to feed the crystallizer as a high-fructose syrup sweetener or to obtain a feed stream, in all these cases the advantages mentioned above resulting from the reduction of the dry matter of the mother liquor prior to treatment with activated carbon and the subsequent evaporation.

Важна особеност на изобретението е синергизмът, който се получава при едновременно производство на безводна кристална фруктоза /ACF/ и обогатен фруктозен сироп /EFCS/. Добивът на кристална фруктоза от захарната маса е обикновено от порядъка на 40-55%,напр. 45%. По-продължителна кристализация би увеличила добива, но за сметка на оскъпяване на процеса поради намаляване пропускателната способност на инсталацията. Така значителното предимство на метода се състои в комбиниране на кристализацията на фруктоза с процес, който осигурява изходна суровина за нея и не реализира загуби от некристализирала фруктоза.An important feature of the invention is the synergism that results from the simultaneous production of anhydrous crystalline fructose (ACF) and enriched fructose syrup (EFCS). The yield of crystalline fructose from the sugar mass is generally in the range of 40-55%, e.g. 45%. A longer crystallization would increase the yield, but at the expense of a more costly process due to the reduced throughput of the installation. Thus, the significant advantage of the method is that it combines the crystallization of fructose with a process that provides feedstock for it and does not realize losses from non-crystallized fructose.

При някои от известните от нивото на техниката методи за получаване на кристална фруктоза некристализиралите остатъци се рециклират обратно в кристализационния процес. Проблемът при този подход е,че се натрупват нежелани странични продукти, като дифруктоза, 5-/хидроксиметил/-2-фурфурал /HMF/ и по-висши захариди в рециклиращия се поток, докато кристализацията на фруктозата по същество е селективна. В резултат на това рециклиращият поток се замърсява със странични продукти и се налага да се пречиства, което се съпътства и със загуба на определени количества от фруктозата.In some of the prior art methods for the preparation of crystalline fructose, the non-crystallized residues are recycled back to the crystallization process. The problem with this approach is that unwanted by-products such as diffructose, 5- (hydroxymethyl) -2-furfural (HMF) and higher saccharides are accumulated in the recycle stream, while fructose crystallization is essentially selective. As a result, the recycling stream is contaminated with by-products and needs to be purified, which is accompanied by the loss of certain amounts of fructose.

Изобретението решава проблема с натрупване на странични продукти чрез включване на течната фаза, която остава след кристализацията /матерната течност/ в процеса за получаване на течни подсладители с високо съдържание на фруктоза. По този начин нежеланите странични продукти не се концентрират в етапа на получаване на кристална фруктоза, а непрекъснато се извеждат от системата. При такова комбиниране се премахва необходимостта от пречистване на потоците, съдържащи фруктоза и получаването на фруктозата е икономически по-изгодно.The invention solves the problem of accumulation of by-products by incorporating the liquid phase, which remains after crystallization (mother liquor) in the process of obtaining liquid fructose high sweeteners. In this way, the unwanted by-products are not concentrated at the stage of crystalline fructose production, but are continuously withdrawn from the system. Such a combination eliminates the need for purification of fructose-containing streams and the production of fructose is economically advantageous.

На фигура 1 може да се види, че получаването на 55% обогатен фруктозен сироп включва етап на разделяне /фракциониране/ на реакционния поток. Общо взето фракционирането е необходимо, за да се получи сироп с концентрация на фруктоза по-висока от около 48%. За целите на кристализацията се предпочита сиропът да бъде с концентрация по-висока от 95% фруктоза /dsb/. Макар че е възможно да се получи кристална фруктоза и от разтвори с пониска концентрация, то такъв метод би бил икономически неизгоден поради ниските добиви, които ще се получат.It can be seen in Figure 1 that the preparation of 55% enriched fructose syrup involves a step of separation / fractionation / reaction flow. Generally, fractionation is necessary to produce a syrup with a fructose concentration greater than about 48%. For crystallization purposes, it is preferable for the syrup to have a concentration higher than 95% fructose (dsb). Although crystalline fructose may also be obtained from solutions with lower concentrations, such a method would be economically disadvantageous because of the low yields that would be obtained.

Начинът на фракциониране, който трябва да осигури получаване на поток от фруктоза с концентрация 95% от изходна суровина, съдържаща 42%/dsb/ фруктоза /обикновено получаващият се продукт при изомеризация на декстроза/ е познат. Така че е възможно да се получи захранващ поток за получаване на безводна кристална фруктоза от обогатен на фруктоза царевичен сироп /EFCS/ с малки промени или изобщо без да се прави промяна в известния метод. За предпочитане системата за фракциониране е хроматографска, от типа имитиращ подвижен слой, която е добре позната на специа листите в тази област.The method of fractionation which is to provide a fructose stream with a concentration of 95% of a feedstock containing 42% (dsb / fructose / the usually obtained product by dextrose isomerization) is known. Thus, it is possible to obtain a feed stream to obtain anhydrous crystalline fructose from fructose enriched corn syrup / EFCS / with slight changes or no change at all in the known method. Preferably, the fractionation system is a chromatographic type, such as a mobile imitation layer, which is well known to those skilled in the art.

На фигура 2 са показани детайли на комбинирания метод. Както е показано в блока, озаглавен „Първично превръщане/ разреждане“, първоначално нишестето се превръща в декстроза по метода с ензими, както е описано по-горе.Figure 2 shows details of the combined method. As shown in the block entitled "Primary conversion / dilution", the starch was initially converted to dextrose by the enzyme method as described above.

ИзомеризацияIsomerization

При процеса на изомеризация за превръщане на декстрозата във фруктоза се използва ензим. Ензимът е фиксиран върху носител в колона /наречена по-горе изоколона/, като се сменя след изтощаване. Предимство на изобретението е това, че то позволява ефективно използване на увеличаващото се количество от изомераза в изоко.тоните. Поради сезонните колебания в търсенето на обогатен фруктозен сироп /55% фруктоза/, производителят, който инвестира в допълнителни количества изомераза, за да посрещне периода за най-голямо търсене на пазара, трябва да заплати за това повишено ниво на изомеризационен капацитет през цялата година, дори когато продукцията на обогатен фруктозен сироп е на относително ниско ниво. При селективно приложение на комбинирания метод, описан тук, производителят може ефективно да оползотвори повишеното ниво на изомеризацията чрез насочване на по-голям поток с високо съдържание на фруктоза от фракционирането за получаване на обогатен фруктозен сироп, когато търсенето на такъв продукт е високо и използване на по-голямата част от този поток съответно за получаване на безводна кристална фруктоза, в случай, че търсенето на обогатен фруктозен сироп е намаляло. По този начин инвестирането на повишени изомеризационни възможности на инсталацията може да бъде използвано ефективно през цялата година.An isomerization process is used to convert dextrose to fructose. The enzyme is fixed on a carrier in a column (called the above isocolon), changing after depletion. An advantage of the invention is that it allows efficient use of the increasing amount of isomerase in isocones. Due to seasonal fluctuations in demand for enriched fructose syrup (55% fructose), a producer who invests in additional amounts of isomerase to meet the period of peak market demand must pay for this increased level of isomerization capacity throughout the year, even when the production of enriched fructose syrup is relatively low. By selectively applying the combined method described herein, the manufacturer can effectively utilize the increased level of isomerization by directing a higher flow of high fructose content from fractionation to obtain enriched fructose syrup when demand for such a product is high and using most of this flow respectively to produce anhydrous crystalline fructose, in case demand for enriched fructose syrup has decreased. In this way, the investment in increased isomerization capabilities of the installation can be used efficiently throughout the year.

ФракциониранеFractionation

Фракционирането се провежда в поредица или група от реактори, съдържащи смола, които действат последователно и разделят фруктозата от декстрозата в захранващия поток. Захранващият поток и потокът от елуираща вода се подават в системата от реактори, при което се получават един или повече потока от продукт с високо съдържание на фруктоза, един поток рафинат с високо декстрозно съдържание и/или един или повече потока рафинат с високо съдържание на олигозахариди. Както се вижда на фигура 3, потокът с високо съдържание на декстроза се рециклира за провеждане на повторна изомеризация до фруктоза, докато потоците с високо съдържание на фруктоза се използват за получаване на кристална фруктоза или се смесват, за да се получи обогатен фруктозен сироп.Fractionation is carried out in a series or group of resin-containing reactors, which sequentially acts to separate fructose from dextrose into the feed stream. The feed stream and the elution water stream are fed into the reactor system to produce one or more streams of high fructose product, one stream of high dextrose content and / or one or more raffinate stream of high oligosaccharides content . As can be seen in Figure 3, the high dextrose stream is recycled to re-isomerize to fructose, while the high fructose flows are used to produce crystalline fructose or mixed to obtain enriched fructose syrup.

Капацитетът на фракциониране се определя от скоростта на захранващия поток, от процентното съдържание на фруктоза в потока и от оползотворяването на фруктозата в потока. При дадено съдържание на фруктоза /dsb/. колкото по-голям е капацитетът на фракциониране, толкова по-ниска е конверсията на фруктозата, необходима за изомеризация. Следователно, за да се намалят разходите за изомераза, е за предпочитане да се работи по непрекъснат начин при максимален капацитет на фракциониране.The fractionation capacity is determined by the feed rate, the percentage of fructose in the stream and the utilization of fructose in the stream. For a given fructose content / dsb /. the higher the fractionation capacity, the lower the conversion of fructose required for isomerization. Therefore, in order to reduce the cost of isomerase, it is preferable to operate continuously at maximum fractionation capacity.

За да се получи практичен добив на кристален продукт при процеса на получаване на безводна кристална фруктоза, продуктът от фракционирането трябва да съдържа повече от около 90% /dsb/ фруктоза, за предпочитане повече от 95% фруктоза. Тъй като продуктът от процеса на получаване на обогатен фруктозен сироп е със съдържание на фруктоза, по-високо от 90% /dsb/, трябва в обичайната система за фракциониране да се прилагат специални условия на работа, за да се понижи капацитетът на фракциониране. Тези условия са: намалена скорост на захранващия поток без изменение на съотношението на елуиращата вода за повишаване разтворимостта и/или повишено количество на елуиращата вода за повишаване разтворимостта. Тези условия за работа имат недостатъка, че понижават пропускателната способност на инсталацията и/или добавянето на вода изисква последващото й отстраняване, което води най-малкото до допълнителни разходи на енергия, но това е предпочитаната алтернатива.In order to obtain a practical yield of a crystalline product in the process of producing anhydrous crystalline fructose, the fractionation product must contain more than about 90% / dsb / fructose, preferably more than 95% fructose. As the product of the fructose syrup preparation process has a fructose content higher than 90% (dsb), special operating conditions must be applied in the conventional fractionation system to reduce the fractionation capacity. These conditions are: reduced feed flow rate without alteration of the elution water ratio to increase solubility and / or increased amount of elution water to increase solubility. These operating conditions have the disadvantage that reducing the throughput of the installation and / or the addition of water requires its subsequent removal, which at least leads to additional energy costs, but this is the preferred alternative.

За специалностите в тази област е ясно, че когато през подходящи хроматографски колони премине воден разтвор, сдържащ фруктоза и декстроза, се получава поне частично разделяне на двете вещества. За да се осигури фракциониране, отпадъчните води от колоната трябва да се отвеждат по подходящ начин, така че да се изолират отделни фракции. Различните порции, които се отделят, се наричат фракции. Тесните фракции съдържат по-малко обемни части от преминалите през колоната отпадъчни води в сравнение с „широките фракции“. Така че с оглед на чистотата на продукта разделянето може да се оптимизира чрез отделяне по подходящ начин на по-тесни фракции, съдържащи отделните вещества. Обикновено компромисът, който се прави при събирането на тесни фракции от отпадъчните води, е този, че се повлиява неблагоприятно тоталното използване на отделяните вещества.It is clear to those skilled in the art that when an aqueous solution containing fructose and dextrose passes through suitable chromatographic columns, at least a partial separation of the two substances is obtained. To ensure fractionation, column effluents must be appropriately discharged so that separate fractions are isolated. The various portions that are separated are called fractions. Narrow fractions contain less volumetric volumes of effluent than have been passed through the column compared to "broad fractions". Thus, in view of the purity of the product, the separation can be optimized by appropriately separating the narrower fractions containing the individual substances. Usually, the trade-off made in collecting narrow fractions of wastewater is that the total utilization of the released substances is adversely affected.

Установено е, че поток със съдържание на фруктоза /dsb/ над 95%, който е предпочитана изходна суровина за получаване на кристална фруктоза по метода съгласно изобретението, може да се получи чрез отделяне на подходящо тесни фракции от реакционния поток, изходящ от ректификационната система на обичайния метод за получаване на обогатен фруктозен сироп. Такава предпочитана фракционираща система е описана в обществено достъпната заявка за патент в САЩ на John F. Rasche, № 861 026 заявена на 5.8.1986 г. Апарат за хроматографско разделяне от типа, имитиращ подвижен слой. Описаните в тази публикация начини на работа са подходящи за приложение при настоящия метод.It has been found that a flow with fructose content (dsb) above 95%, which is the preferred feedstock for the preparation of crystalline fructose by the process of the invention, can be obtained by separating suitably narrow fractions from the reaction stream exiting the rectification system. the usual method of producing enriched fructose syrup. Such a preferred fractionation system is described in the publicly available U.S. Patent Application to John F. Rasche, No. 861 026, filed Aug. 5, 1986. An apparatus for chromatographic separation of the type imitating a mobile layer. The operating methods described in this publication are suitable for use with this method.

Предпочитан начин на използване на посочения по-горе апарат за хроматографско разделяне, когато се използва за фракциониране, по метода съгласно изобретението включва увеличаване на съотношението елуент-захранващ поток от около 1.7 на около 2.0. Този захранващ поток е за предпочитане с около 60% сухо вещество /тегловни/ и се задържа при температура около 60С.A preferred method of using the aforementioned chromatographic separation apparatus, when used for fractionation, by the method according to the invention involves increasing the eluent-feed ratio from about 1.7 to about 2.0. This feed stream is preferably about 60% dry matter (w / w) and is held at a temperature of about 60C.

Рафинатният поток, който излиза от системата за ректификация, се разделя на фракции по начин, подобен на този, който се използва при разделяне на потока от екстракция. По този начин потокът, който е относително богат на олигозахариди, може да се изолира и да се върне в озахарителната система, да се подложи на сепариране, озахаряване или да се изведе от ситемата.The raffinate stream exiting the rectification system is separated into fractions in a manner similar to that used in separating the extraction stream. In this way, the flow, which is relatively rich in oligosaccharides, can be isolated and returned to the saccharification system, subjected to separation, saccharification or withdrawal from the system.

При отсъствие на пречистване или рециклиране на олигозахариди в системата за озахаряване единственият изход за олигозахаридите от системата е екстракционният поток, тъй като обичайната изомеризация не въздейства върху олигозахаридите. Така че олигозахаридите в потока от рафинирането, които се рециклират към системата за изомеризиране, просто преминават през тази система, без да се променят и се връщат в изходната суровина към системата за фракциониране.In the absence of purification or recycling of oligosaccharides in the saccharification system, the only way out for the oligosaccharides from the system is the extraction stream, since the usual isomerization does not affect the oligosaccharides. So the oligosaccharides in the refining stream, which are recycled to the isomerization system, simply pass through this system without changing and returning to the feedstock to the fractionation system.

Олигозахаридите са нежелани в екстракционния поток, тъй като най-малко част от този поток се използва за захранване на процеса на кристализация на фруктоза, който се извършва за предпочитане в разтвор с минимално съдържание на други видове захари. По същия начин олигозахаридите са нежелани и в течния подсладител, получаващ се по метода съгласно изобретението, следователно само органични количества от тях могат да бъдат изведени от системата чрез получавания течен продукт.Oligosaccharides are undesirable in the extraction stream since at least part of this stream is used to feed the fructose crystallization process, which is preferably carried out in a solution with a minimum content of other sugars. Similarly, oligosaccharides are undesirable in the liquid sweetener produced by the process according to the invention, therefore only organic amounts of them can be removed from the system by the resulting liquid product.

Допълнително предимство дава възможността за рециклиране на потока, богат на олигомери, от фракциониращата система в системата за озахаряване. Такъв поток обикновено е с относително ниско сухо вещество, най-често около 10%, което означава, че той съдържа около 90% тегл. вода. Нишестената суспензия, получена в етапа на втечняване и разграждане до декстрин, трябва да се разреди, преди да се подложи на озахаряване. Водата от потока, съдържащ олигозахариди, може да се използва поне частично като разредител на суспензията, при което се използва водата и се понижава капацитетът на изпаряване, изискващ се от системата като цяло.An additional advantage is the ability to recycle the oligomer-rich stream from the fractionation system into the saccharification system. Such a stream is usually of relatively low dry weight, most commonly about 10%, which means that it contains about 90% by weight. water. The starch suspension obtained in the liquefaction and degradation step to dextrin should be diluted before saccharification. Water from a stream containing oligosaccharides can be used at least in part as a diluent of the slurry, using the water and reducing the evaporation capacity required by the system as a whole.

СмесванеMixing

При обичайните методи за получаване на обогатени фруктозни сиропи високофруктозният екстракт от фракционирането се смесва с продукта от изомеризацията / обикновено съдържащ 42-48% /dsb/ фруктоза за получаване на желаното съдържание на фруктоза в крайния продукт /55% dsb EFCS/. При комплексния метод съгласно изобретението матерната течност, получена в етапа на центрофугиране след провеждане на кристализацията съдържа около 88-92% (dsb) фруктоза, за предпочитане 90-92%, като матерна течност с приблизително 83% сухо вещество също е подходяща за омесване. Това дава допълнителни възможности за промени в процеса, тъй като могат да бъдат смесвани различни потоци - от йонообменната обработка, от обработката с въглен, които след това се концентрират до сухо вещество 77%, като етап при получаването на обогатен фруктозен сироп. Пунктираната линия на фигура 3 показва някои варианти на смесване. Кои потоци да се смесят зависи, разбира се, от масовия баланс на системата като цяло.In the conventional methods for the preparation of enriched fructose syrups, the high-fructose fractionation extract is mixed with the isomerization product (typically containing 42-48% / dsb / fructose to obtain the desired fructose content in the final product / 55% dsb EFCS). In the complex process according to the invention, the mother liquor obtained in the centrifugation step after crystallisation contains about 88-92% (dsb) fructose, preferably 90-92%, and the mother liquor with about 83% dry matter is also suitable for mixing. This gives additional possibilities for process changes, as different flows can be mixed - from ion exchange, from coal treatment, which are then concentrated to dry matter 77% as a step in the preparation of enriched fructose syrup. The dashed line in Figure 3 shows some mixing options. Which flows to mix depends, of course, on the mass balance of the system as a whole.

Тъй като към потока с високо съдържание на фруктоза не се прибавят химикали в етапа на получаване на безводна кристална фруктоза освен много малки количества от солна киселина и натриев карбонат за нагласяване на подходящо pH, то при метода за получаване на кристална фруктоза не се натрупват забележими количества от нови онечистващи вещества. По време на третирането с въглен или при етапите на изпаряване на суровината за кристализатора могат да се получат оцветители, хидроксиметилфурфурал и дифруктоза. Тези съединения могат да се отстранят при крайната обработка с въглен или йонообменна смола при получаването на обогатен фруктозен сироп.As no chemicals are added to the high fructose stream in the step of producing anhydrous crystalline fructose except for very small amounts of hydrochloric acid and sodium carbonate to adjust the appropriate pH, no appreciable amounts are accumulated in the crystalline fructose production method from new contaminants. Colors, hydroxymethylfurfural and difructose may be obtained during the treatment with charcoal or during the evaporation steps of the crystallizer feedstock. These compounds can be removed by carbon or ion exchange resin treatment to produce enriched fructose syrup.

Тъй като колкото повече етапи от общия процес се провеждат при високо сухо вещество, микробиалният растеж се инхибира и не оказва голямо влияние. Като резултат от това количеството на ацеталдехида не трябва да се повишава забележимо и ако е необходимо, може да се понижи при крайната обработка с йонообменна смола или в последните етапи на изпаряването.As more steps of the general process take place in high dry matter, microbial growth is inhibited and has little effect. As a result, the amount of acetaldehyde should not be increased appreciably and, if necessary, may be reduced during ion exchange resin treatment or in the last evaporation steps.

Захранващ фруктозен поток за кристализатораFructose flow for the mold

Нагласяване на pHPH adjustment

Установено е, че pH на водния фруктозен разтвор, от който трябва да бъдат получени кристали на фруктоза, за предпочитане трябва да бъде pH 3.7 и 4.3. въпреки че в литературата е описано друго/патент на САЩ № 3 883 365/. Необходим е точен контрол на pH на захранващия кристализатора фруктозен поток, за да се намали до минимум образуването на дифруктозни анхидриди. Установено е, че наличието на дифруктозни анхидриди в кристализатора води до по-ниски добиви на кристален продукт и влияе отрицателно на големината на образуваните кристали от фруктоза. Смята се. че степента на образуване на анхидриди е минимална при pH в граници от 3.7 до 4.3. Както по-високи, така и по-ниски стойности на pH от тези, посочени тук, повишават количеството на образуваните анхидриди. Смята се също така, че при по-високи стой ности на pH се повишава тенденцията за образуване на оцветяващи продукти.It has been found that the pH of the aqueous fructose solution from which fructose crystals are to be obtained is preferably pH 3.7 and 4.3. although otherwise described in the literature (US Patent No. 3,883,365). Accurate pH control of the crystalline feed stream is required to minimize the formation of diffructose anhydrides. The presence of diffructose anhydrides in the crystallizer has been found to result in lower yields of the crystalline product and adversely affect the size of the fructose crystals formed. It is considered. that the rate of anhydride formation is minimal at pH ranging from 3.7 to 4.3. Both higher and lower pH values than those mentioned herein increase the amount of anhydrides formed. It is also believed that at higher pH values the tendency to form coloring products increases.

Описание на приложените фигуриDescription of the attached figures

Фигура 1 представлява различни етапи на обичайния метод за получаване на 42% сироп с високо съдържание на фруктоза / HFCS/ и на 55% обогатен фруктозен сироп /EFCS/ от нишесте;Figure 1 represents the various steps of the conventional method of producing 42% high fructose syrup (HFCS) and 55% enriched fructose syrup (EFCS) from starch;

Фигура 2 - комбиниран метод за получаване на два продукта на база нишесте, а именно кристална фруктоза и обогатен фруктозен сироп;Figure 2 is a combined method of producing two starch-based products, namely crystalline fructose and enriched fructose syrup;

Фигура 3 - по-детайлно осъществяването на метода, илюстриран на фиг. 2;3 is a more detailed implementation of the method illustrated in FIG. 2;

Фигура 4 - графика на промяната на температурата на захарната маса в зависимост от времето след внасяне на кристални зародиши при обичайна програма на охлаждане на преситени разтвори съгласно изобретението;Figure 4 is a graph of the change in temperature of the sugar mass as a function of time after the introduction of the crystalline embryos in the conventional cooling program of the saturated solutions according to the invention;

Фигура 5 - графика на изменение на температурата в зависимост от времето в серия от кристализатори, като кривата А показва изменението на температурата при естествено охлаждане, а кривата В - при охлаждане с константно пресищане.Figure 5 is a graph of temperature change versus time in a series of crystallizers, with curve A showing the temperature change under natural cooling and curve B with constant saturation cooling.

Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of carrying out the invention

Пример 1.Example 1.

Влиянието на стойностите на pH върху разтворимостта на фруктозата и върху натрупване на онечиствания в сироп с приблизително съдържание на фруктоза 95% като сухо вещество е изследвано по начина, описан по-долу. Изследваните сиропи са представителни за употреба като изходна суровина за етапа на кристализация по метода съгласно изобпетението.The effect of pH values on the solubility of fructose and on the accumulation of impurities in syrup with an approximate content of 95% fructose as a dry matter was investigated in the manner described below. The syrups tested are representative for use as feedstock for the crystallization step of the inventive process.

При прибавяне на кристална фруктоза към обикновен много обогатен фруктозен сироп /VEFCS/ със сухо вещество 90% се получава сироп със съдържание на фруктоза Таблица 1.Addition of crystalline fructose to ordinary highly enriched fructose syrup (VEFCS) with a dry matter content of 90% yields a fructose content syrup Table 1.

Фруктоза /% dsb/Fructose /% dsb /

Фруктоза /%dsb/ след хидролиза Моно-анхидриди / %dsb/Fructose /% dsb / after hydrolysis Mono-anhydrides /% dsb /

Сухо вещество /тегл. %/Dry matter / wt. % /

HMF /ppm dsb/Hmf / ppm dsb /

Ацеталдехид /общ ррЬ/ около 95% /dsb/. След това този разтвор се обработва с гранулиран активен въглен по описания по-горе начин. Така сиропът се подлага на същите третирания, както и из5 ходната суровина за захранване на кристализатора.Acetaldehyde (total ppb / about 95% / dsb). This solution is then treated with granular activated carbon as described above. Thus, the syrup is subjected to the same treatments as the feedstock to feed the crystallizer.

Проба от описания по-горе сироп се обработва за нагласяне на pH на 3.94 и се подлага на изпаряване при 73С за получа10 ване на по-високо сухо вещество. 21 от така концентрирания сироп се прехвърля в затворена колба с бъркалка потопена в баня с постоянна температура, поддържана на около 55С. Тази опора, наречена „проба с 15 рН4“, се разбърква непрекъснато при постоянната температура на банята /приблизително 5 й/. през което време се приготвя втора проба.A sample of the syrup described above was treated to adjust the pH to 3.94 and evaporated at 73C to give a higher dry matter. 21 of the concentrated syrup is transferred to a closed flask with a stirrer immersed in a constant temperature bath maintained at about 55C. This support, called the "pH 15 sample", was stirred continuously at a constant bath temperature (approximately 5 m). during which time a second sample is prepared.

Втората проба от 95% фруктозен сироп 20 се обработва до получаване на pH 5.48 и се концентрира при 77С чрез изпаряване. Изпаряването се извършва по-бавно в сравнение с това при получаване на pH 4 пробата. 21 от получената нова проба /„проба с pH 25 5.5/ се прехвърля в затворена колба с разбъркване и колбата се поставя в същата баня с постоянна температура, в която се намира и проба рН4.The second sample of 95% fructose syrup 20 was treated to pH 5.48 and concentrated at 77C by evaporation. Evaporation is slower than that of the pH 4 sample. 21 of the new sample obtained ("sample pH 25 5.5") is transferred to a closed flask with stirring and the flask is placed in the same constant temperature bath containing the sample pH4.

След като се нагласи температурата на 30 банята да бъде 55.5С и в двете колби, се внасят по 50 g кристална фруктоза. Разбъркването продължава в продължение на 60 h при постоянна температура. Толкова е приблизителното време на престой на сиропа в ОС кристализатора при метода съгласно изобретението.After adjusting the temperature of 30 baths to 55.5C in both flasks, 50 g of crystalline fructose were introduced. Stirring was continued for 60 h at constant temperature. This is the approximate residence time of the syrup in the OC mold in the process according to the invention.

Получената захарна маса се отделя, центрофугира се и матерната течност се анализира успоредно с пробите от захранващия 40 сироп. Получените данни от този опит са обединени в таблица 1.The resulting sugar mass was separated, centrifuged and the mother liquor analyzed in parallel with samples from the feed 40 syrup. The data obtained from this experiment are summarized in Table 1.

ЗахранващPower supply

РавновесенEquilibrium

pH 4 pH 4 pH 5.5. pH 5.5. pH 4 pH 4 pH 5.5 pH 5.5 95.81 95.81 95.86 95.86 95.33 95.33 95.24 95.24 96.08 96.08 96.10 96.10 95.33 95.33 95.72 95.72 0.27 0.27 0.24 0.24 * * 0.48 0.48 89.79 89.79 89.13 89.13 88.90 88.90 88.86 88.86 5.71 5.71 4.03 4.03 25.9 25.9 6.58 6.58 104 104 48 48 58 58 66 66

Фурфурал /ppm dsb/ Оцветяване /RBV-единици/ Разтворимост /g фруктоза/g вода/ Пресищане * — означава „не се установява“Furfural / ppm dsb / Coloring / RBV units / Solubility / g fructose / g water / Saturation * - means 'not found'

Моно-анхидридите са изчислени като разлика от данните при анализ на фруктоза преди и след хидролизата на пробата. Разтворимостта е изчислена при анализ на фруктозата преди хидролиза и съдържанието на сухо вещество в пробата. За установяване на равновесната стойност се оставя малко фруктоза да изкристализира извън двете проби.Mono-anhydrides were calculated as a difference from the data in the analysis of fructose before and after hydrolysis of the sample. The solubility was calculated from the analysis of fructose before hydrolysis and the dry matter content of the sample. To establish the equilibrium value, some fructose was allowed to crystallize outside the two samples.

Повишаването на оцветяването в пробата с pH 5.5 е значително по-голямо в сравнение с това, което се наблюдава при пробата с pH 4. По-силното оцветяване ще доведе до по-нисък добив при кристализацията, тъй като изисква повече операции на промиване на масата след центрофугиране. Необходимостта от пречистване на матерната течност също ще се повиши.The increase in staining in the sample with pH 5.5 is significantly greater than that observed in the sample with pH 4. Stronger staining will result in lower crystallization yield as it requires more mass washing operations. after centrifugation. The need for purification of the mother liquor will also increase.

Двете проби показват подобно повишаване на моноанхидридиите по време на приготвяне на захранващата суровина /за сравнение 0.27% dsb при pH 4 с 0.24% dsb при pH 5.5/. Обаче резултатите от изследвания с течна хроматография /които не са показани по-горе/ показват, че при pH 5.5 би трябвало да се получат повече дифруктозни дианхидриди.Both samples show a similar increase in mono anhydrides during feedstock preparation (by comparison, 0.27% dsb at pH 4 with 0.24% dsb at pH 5.5). However, the results of liquid chromatography studies (not shown above) indicate that more diffructose dianhydrides should be obtained at pH 5.5.

При обобщаване на резултатие се вижда, че пробата с pH 4 и по-слабо оцветяване показва понижение на общото съдържание на ацеталдехид и има разтворимост, която не се различава забележимо от тази на пробата с pH 5.5. Захранващият сироп за процеса на кристализация с pH има предимства пред сиропа с pH 5.5, тъй като се получават по-висок добив и по-добри качества наматерната течност поради по-ниското съдържание на оцветяващи вещества. Пониското pH видимо намалява до минимум оцветяването, както и образуването на дифруктоза и има незначително влияние върху разтворимостта.Summarizing the result, it can be seen that the sample with pH 4 and less staining shows a decrease in the total acetaldehyde content and has a solubility that does not differ markedly from that of the sample with pH 5.5. The feed syrup for the crystallization process with pH has advantages over the syrup with pH 5.5, since higher yield and better properties of the dummy liquid due to the lower content of coloring agents. The lower pH visibly minimizes staining as well as the formation of diffructose and has little effect on solubility.

Както е показано на фигура 3. нагласяването на pH е удобно да се извърши след етапа на фракциониране преди обработката с въглен. В този етап на метода вискозитетът на фруктозния разтвор е относително нисък и поради това нагласяването на pH може даAs shown in Figure 3, the pH adjustment is conveniently carried out after the fractionation step prior to the charcoal treatment. At this stage of the method, the viscosity of the fructose solution is relatively low and therefore the pH adjustment may

* * * * 0.29 0.29 0.44 0.44 4.0 4.0 39.6 39.6 50.7 50.7 163.1 163.1 - - - - 7.64 7.64 7.60 7.60 - - - - 1.0 1.0 1.0 1.0

се осъществи относително лесно чрез смесване на разтвора с киселина или основа. На специалистите в тази област са известни киселините и основите, подходящи за тази цел. Специално се предпочитат солната киселина/HCI/ за понижаване на pH и безводен натриев карбонат /Na2CO3/ за повишаване на pH.is carried out relatively easily by mixing the solution with an acid or base. Those skilled in the art will be aware of the acids and bases suitable for this purpose. Hydrochloric acid (HCl) is especially preferred for lowering the pH and anhydrous sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) for increasing the pH.

Обработка с въгленCharcoal treatment

Захранващият поток от фруктоза за етапа на кристализация е с концентрация над 95% /dsb/ и е за предпочитане той да се обработи с въглен преди да се концентрира чрез изпаряване. Една от целите на обработката с въглен е да се отстранят тези онечиствания, които могат да потиснат кристализацията. Друга цел е да се отстранят онечиствания като оцветяващи вещества, ХМФ /хидроксиметилфурфурол/, фурфурол и ацеталдехид, които влияят отрицателно на качествата на матерната течност и значително понижават използването й като компонент на течни подсладители. Обработката с въглен се извършва за предпочитане с гранулиран въглен, в количество 1-3% сухо вещество, или с въглен на прах, обикновено в помалко количество, отколкото при използване на гранулиран въглен. Температурата на сиропа е за предпочитане около 7 Г'С и обикновено 15-30, сиропът е за предпочитане с около 20 до 25 % тегл. сухо вещество.The fructose feed stream for the crystallization step has a concentration above 95% (dsb) and it is preferable to treat it with charcoal before concentrating it by evaporation. One of the purposes of charcoal treatment is to remove those impurities that may inhibit crystallization. Another objective is to remove impurities such as coloring agents, CFCs (hydroxymethylfurfural), furfural and acetaldehyde, which adversely affect the properties of the mother liquor and significantly reduce its use as a component of liquid sweeteners. Charcoal treatment is preferably carried out with granular charcoal in an amount of 1-3% dry matter or with powdered charcoal, usually in a smaller amount than when using granular charcoal. The temperature of the syrup is preferably about 7 ° C and typically 15-30, the syrup is preferably about 20 to 25% by weight. dry substance.

Най-подходящо е обработката с въглен да се проведе веднага след фракционирането преди изпаряване на сиропа. Обработването с въглен при ниско сухо вещество предотвратява образуването на дифруктоза в количества Над 0.5%. Ако обработката с въглен се проведе след изпарението, то се наблюдават загуби на фруктоза по-големи от 2.5%. Температурата на сиропа трябва да бъде приблизително 71°С /както е установено чрез сравнение с 60С, за да се предотврати микробиално развитие във въгления адсорбент, също така и за да се понижи вискозитета на сиропа, за да се постигне подобра дифузия около частиците от въглен.It is most appropriate for the charcoal treatment to be carried out immediately after fractionation before evaporation of the syrup. Low-dry charcoal treatment prevents the formation of diffructose in amounts above 0.5%. If the charcoal treatment is carried out after evaporation, fructose losses greater than 2.5% are observed. The temperature of the syrup should be approximately 71 ° C / as determined by comparison with 60C to prevent microbial development in the carbon adsorbent and also to reduce the viscosity of the syrup to achieve good diffusion around the carbon particles. .

Пример 2.Example 2.

Измерва се количеството на дифруктоза, образувано във водни разтвори с наймалко 95% съдържание /dsb/ на фруктоза при изменение на количествата на сухото вещество. В първите два опита водните разтвори се смесват в колба с 2.7% гранулиран въглен/сухото вещество на гранулирания въгТаблица 2Measure the amount of diffructose formed in aqueous solutions with at least 95% (dsb) of fructose content as the dry matter content changes. In the first two experiments, the aqueous solutions were mixed in a flask with 2.7% granular carbon / granular carbon dry matter. Table 2

Време Сухо вещество /И/Time Dry matter / AND /

Посочените данни показват,че дифруктозата се обработва много по-бързо /до 4 пъти по-бързо/ в разтвора с 50% сухо вещество в сравнение с разтворас 25% сухо вещество.These data indicate that diffructose is much faster (up to 4 times faster) treated with 50% dry matter than 25% dry solution.

Следващите четири опита са предвидени за възпроизвеждане на операцията за обработка с въглен при производствени условия в колона при структурно течение в поток, така че да позволи измерване на образуващата се дифруктоза в система на динамичен поток, за сравнение с резултатите, получени в статична система при разбъркване в колба.The following four experiments are intended to reproduce the operation of the coal treatment under production conditions in a column at structural flow in a stream so as to allow the measurement of the resulting diffructose in a dynamic flow system, as compared with the results obtained in a static stirring system into a flask.

Използват се две 30,5 cm стъклени колони в серия, за да се осигури време на пребиваване на захранващия поток в колоната около 20 h. Колоните и къса серпантина от чисти тръби, използвана за загряване на захранващия поток, се потопяват в регулираща се водна баня.Two 30.5 cm glass columns in series are used to provide a residence time of the feed stream in the column for about 20 hours. The columns and the short, clean pipe coil used to heat the feed stream are immersed in an adjustable water bath.

За да се имитира насрещен текущ потокTo simulate a counter current flow

Таблица 3 лен спрямо теглото на сухото вещество във водните разтвори/ и се бърка при 71С в продължение на 24 h. На нулевия, шестия, четиринадесетия и двадесет и четвъртия час се вземат проби и се измерва съдържанието на дуфруктоза в тях. Резултатите от измерванията са дадени в следващата таблица 2.Table 3 flax by weight of dry matter in aqueous solutions / and stirred at 71C for 24 h. At the zero, sixth, fourteenth, and twenty-fourth hours, samples were taken and dufructose content was measured. The results of the measurements are given in the following Table 2.

Дифруктоза /% dsb/ в:Diffructose /% dsb / in:

25% сухо в-во 50°осухо в-во25% dry in 50 ° o dry in

0.25 0.470.25 0.47

0.32 0.850.32 0.85

0.38 1.62 0.78 1.94 на въглен при устойчиво състояние, колоните първоначално се използват до състояние на частично изтощаване на въглена и втората колона след това се зарежда с неупотребяван свеж гранулиран активен въглен, помествайки около 5 cm свеж въглен на мястото на отведения от тази колона.0.38 1.62 0.78 1.94 steady-state charcoal, the columns are initially used until the coal is partially depleted and the second column is then charged with unused fresh granular activated charcoal, placing about 5 cm of fresh charcoal at the point of removal from that column.

Тази апаратура е използвана при четири различни варианта на работа, за да се направят изследвания, при условие, че при всеки от тези случаи се използва свеж /нов/ гранулиран въглен. Използват се следните варианти:This apparatus has been used in four different work options to conduct research, provided that in each of these cases fresh / new / granular charcoal is used. The following options are used:

70% сухо вещество при 60(,С 70% сухо вещество при 71С 50% сухо вещество при 71С 25% сухо вещество при 71°С.70% dry matter at 60 (C 70% dry substance at 71C 50% dry substance at 71C 25% solids at 71 ° C.

При всички варианти процесът се провежда при непрекъснато захранване без рециклиране за 36 h и количествата от дифруктоза, налични в изтичащия поток на 0, 6, 14, 24 и 36 Ь, са показани в таблица 3.In all embodiments, the process is carried out under continuous feed without recycling for 36 h and the amounts of diffractose present in the effluent at 0, 6, 14, 24 and 36 b are shown in Table 3.

Температура Temperature 60С 60C Сухо вещество Dry substance 70% 70% Време h Time h 0 0 0.32 0.32 6 6 0.83 0.83 14 14 0.26 0.26 24 24 0.39 0.39 36 36 0.24 0.24

Дифруктоза /% сухо твърдо вещество/Diffructose /% dry solid /

7ΓΌ7ΓΌ

25% 25% 50% 50% 70% 70% 0.32 0.32 0.35 0.35 0.32 0.32 - - - - 1.6 1.6 0.92 0.92 0.95 0.95 - - 0.61 0.61 1.35 1.35 1.83 1.83 0.64 0.64 1.72 1.72 2.24 2.24

Тъй като при 60С при 70% сухо вещество образуването на дифруктоза не представлява проблем, както се вижда от таблицата, то по-ниски температури биха повишили риска от развитие на микроби и биха повишили вискозитета на сиропа, поради което трябва да се избягват. В двата от опитите с високо сухо вещество /50% и 70%/ при 71С показват нива на дифруктоза. които съществено се повишават с течение на времето, макар че времето на излагане на въздействието на нагряване и на въглена е едно и също за всички проби. Без желание това да бъде свързано с някаква специална теория, възможно обяснение за образуването на дифруктоза е катализиране или/и ко-катализиране от вещество, което се отделя от водния разтвор от въглена и неговото образуване води до увеличаване на превръщането на фруктоза в дифруктоза по време на използване на въглена.Since at 60C at 70% dry matter, the formation of diffructose is not a problem, as seen in the table, lower temperatures would increase the risk of developing germs and increase the viscosity of the syrup, which is why they should be avoided. In both of the high-dry trials (50% and 70%) at 71C showed levels of diffructose. which increase substantially over time, although the heat and carbon exposure times are the same for all samples. Unwilling to relate to any specific theory, a possible explanation for the formation of diffructose is the catalysis or / and co-catalysis of a substance which is separated from the aqueous solution of carbon and its formation leads to an increase in the conversion of fructose to diffractose during of using carbon.

За отделяне на въглена от потока сироп, напускащ колоната заедно с него, може да се използва филтър за въглен, който улавя и най-фините частици. Ефективното филтриране е много важно, тъй като всяко неразтворимо вещество, което преминава през кристализатора би попаднало след центрофугирането в кристалната фруктоза и директно ще повлияе на чистотата на продукта.A carbon filter that traps the finest particles can be used to separate the carbon from the syrup leaving the column with it. Effective filtration is very important as any insoluble substance that passes through the crystallizer would fall after centrifugation into crystalline fructose and directly affect the purity of the product.

Тъй като фруктозата, която не е изкристализирала, се смесва за получаване на течен подсладител, то третирането с въглен подобрява качеството и на течния продукт. Тъй като обработката на обогатените фруктозни сиропи (EFCS) с въглен се извършва към края на процеса /след смесването/, то матерната течност от центрофугирането се пречиства чрез две третирания с въглерод, което обогатява крайния продукт.Since fructose, which has not crystallized, is mixed to produce a liquid sweetener, treatment with charcoal improves the quality of the liquid product as well. Since the treatment of enriched fructose syrups (EFCS) with charcoal is done towards the end of the process (after mixing), the mother liquor from the centrifugation is purified by two carbon treatments, which enriches the final product.

Изпаряване на изходната суровина за кристализацияEvaporation of the starting material for crystallization

Причина, за да се извърши кристализацията, е супернасищането на фруктозния разтвор с висока концентрация, което се получава при охлаждане на наситения разтвор под температурата на насищане. Кривата на насищане на фруктозата /концентрация/температура на насищане/ е много стръмна. За да се постигне теоретичен добив от кристализацията в граници 40-55%, напр. 40-48% е необходимо изходният захранващ кристализатора фруктозен сироп да се охлади до 7-13С, напр. 8С.The crystallization is caused by the super-saturation of the high-concentration fructose solution, which is obtained by cooling the saturated solution below saturation temperature. The fructose saturation curve (concentration / saturation temperature) is very steep. To achieve a theoretical yield of crystallization within the range of 40-55%, e.g. 40-48%, it is necessary to cool the source feed of the crystallizer fructose syrup to 7-13C, e.g. 8C.

През време на изпаряването от захранващия сироп се отделя водата така, че разтворът да се концентрира до степен, позволяваща фруктозата да изкристализира при охлаждане. Изпарителите се проектират и действат така, че да се осигури концентриране на разтвора при минимално топлинно увреждане на сиропа. Предпочитан начин за ефективно изпаряване е провеждането му в два етапа. Първоначално изходният сироп се концентрира в шестходов тръбен с вертикално обтичане надолу изпарител, който има мултиплетен ефект и механична рекомпресия. Фруктозният поток с концентрация над 95% /dsb/след обработката с въглен се подава в изпорителя при сухо вещество около 20 до 25% тегл., температура около 88С и pH от около 3.7 до около 4.3. Така полученият сироп е с около 55 до около 65% тегл. сухо вещество.During evaporation, the water is separated from the feed syrup so that the solution is concentrated to a degree that allows the fructose to crystallize upon cooling. Evaporators shall be designed and operated in such a way as to ensure that the solution is concentrated with minimal heat damage to the syrup. A preferred way to effectively evaporate it is to carry it out in two stages. Initially, the output syrup was concentrated in a six-way tube with a vertically downstream evaporator, which had a multiplex effect and mechanical recompression. The fructose stream having a concentration above 95% (dsb) after the charcoal treatment is fed to the evaporator at a dry matter of about 20 to 25% by weight, a temperature of about 88C and a pH of about 3.7 to about 4.3. The syrup thus obtained is about 55 to about 65% by weight. dry substance.

При втората степен на изпаряване продуктът, получен в първия етап, се зарежда в тарелков изпарител с движение на слоя нагоре и еднократен ефект, който работи при 584,2 до около 609.6 mm Hg. Продуктът от втория етап се получава при температура 74 до около 79С, като сухото му вещество е от 88 до около 90% тегл. За предпочитане вторият етап на изпаряването се провежда при вакуум при около 660.4mm Hg, така че температурата на продукта е около 60 до 66”С, с което се намаляват до минимум загубите на фруктоза.In the second evaporation step, the product obtained in the first step is charged into a plate evaporator with a layer upward movement and a one-time effect that operates at 584.2 to about 609.6 mm Hg. The product of the second step is obtained at a temperature of 74 to about 79C, with a dry matter of 88 to about 90% by weight. Preferably, the second evaporation step is carried out under vacuum at about 660.4mm Hg, so that the temperature of the product is about 60 to 66 < 0 > C, thereby minimizing fructose losses.

Главният критерий при подбора и работата с изпарителя е концентрирането на разтвора да се осъществи при минимално топлинно увреждане на сиропа. Най-голямо увреждане при загряването представлява превръщането на фруктозата в дифруктоза, което понижава добива при кристализация. Образуването на дифруктоза се благоприятства от високата температура, висока концентрация и по-дългото време на пребиваване в изпарителя. Тъй като концентрацията е напълно фиксирана, то при проектирането и действието на изпарителя трябва да се подберат такива условия на работа, че да се намали до минимум температурата и времето на престой на сиропа в изпарителя.The main criterion for selecting and handling the evaporator is to concentrate the solution with minimal heat damage to the syrup. The greatest damage in heating is the conversion of fructose to diffructose, which reduces the yield upon crystallization. The formation of diffractose is favored by the high temperature, high concentration and longer residence time in the evaporator. Since the concentration is completely fixed, the operating conditions of the evaporator must be chosen in such a way as to minimize the temperature and residence time of the syrup in the evaporator.

Подходящите за използване изпарители, посочени по-горе, са добре познати на специалистите в тази област.The suitable evaporators mentioned above are well known to those skilled in the art.

КристализацияCrystallization

Кристализацията може да се проведе в периодично действащи кристализатори или в такива с непрекъснато действие. И в двата случая има предимства и недостатъци, При прекъснат процес на работа има по-голяма гъвкавост за получаване на кристали с различна големина на кристалите и при този начин на работа изменението на условията за кристализация става по-бързо и по-лесно. Обаче прекъснатият начин на работа има по-ниска продуктивност, тъй като е необходимо време за зареждане и изпаряване на кристализатора, както и за внасяне на кристални зародиши. При това е трудно да се осигури еднаквост в големината на кристалите при всяка следваща партида, освен това са необходими повече цистерни за съхранение на захранващата суровина и за захарната маса, така че да се осигури минимален престой в кристализатора. Необходими са също индивидуални охлаждащи системи за всеки кристализатор. Непрекъснатият начин на работа има съответно обратните предимства и недостатъци.The crystallization can be carried out in periodically operating crystallizers or in continuous ones. In both cases, there are advantages and disadvantages. In the interrupted work process, there is greater flexibility for obtaining crystals of different crystal sizes, and thus the change of crystallization conditions becomes faster and easier. However, intermittent operation has lower productivity since it takes time to charge and evaporate the crystallizer, as well as to import crystalline nuclei. However, it is difficult to ensure uniformity in the size of the crystals in each subsequent batch, and more tanks are needed to store the feedstock and the sugar mass so as to ensure a minimum stay in the mold. Individual cooling systems for each mold are also required. Continuous operation has the opposite advantages and disadvantages, respectively.

Кристализацията може да се осъществи чрез единично или многократно преминаване. Предпочитан е първият от тези начини. Установено е, че за един работен цикъл може да се получи само 88% от добива, а времето за кристализация при втори цикъл би било с 87% по-голямо. Още повече, че матерната течност при втория цикъл е повискозна, поради по-високото ниво на висши захариди, а гъстотата на суспензията /тегло на кристалите спрямо общото тегло на масата/ е по-малка при второто преминаване. Тези два фактора намаляват продуктивността на центрофугата.Crystallization can be accomplished by single or repeated passage. The first of these ways is preferred. It was found that only 88% of the yield could be obtained for one work cycle, and the crystallization time for the second cycle would be 87% longer. Moreover, the mother liquor in the second cycle is viscous due to the higher level of higher saccharides and the slurry density (the weight of the crystals relative to the total weight of the mass) is lower in the second passage. These two factors reduce the productivity of the centrifuge.

Използването на матерната луга като добавка при получаване на течен подсладител зависи в голяма степен от чистотата й. Качеството на матерната течност зависи от различни фактори и трябва да бъдат взети мерки за намаляване до минимум на страничните продукти, които се образуват в етапа на кристализация, тъй като допустимите количества вторични продукти са лимитирани и при необходимост излишъците от тях трябва да се отстранят по ефективен начин. Тъй като кристализацията е специално селективна за фруктоза, то съществува тенденция в матерната течност да се натрупат странични продукти при всяко следващо преминаване през кристализатора. Така че този проблем се изостря в случаите на не колкократна кристализация и нивото на онечистващите продукти в матерната течност често налага лимит на броя на пропусканията през кристализатора, които могат да се осъществят при комбинирания метод.The use of the mother liquor as an additive in the preparation of a liquid sweetener depends largely on its purity. The quality of the mother liquor depends on various factors and measures must be taken to minimize the by-products formed during the crystallization step, with the permissible levels of by-products being limited and, where necessary, their surpluses should be effectively eliminated. Because crystallization is especially selective for fructose, there is a tendency in the mother liquor to accumulate by-products at each subsequent passage through the crystallizer. Thus, this problem is exacerbated in cases of repeated crystallization, and the level of contaminants in the mother liquor often imposes a limit on the number of passes through the crystallizer that can be achieved by the combined method.

Установено е, че при кристализация с неколкократно пропускане се проявява тенденция към повишаване на количеството на пепелни, оцветяващи вещества, както и на хидроксиметилфурфурол, на фурфурол и ацеталдехид. От тях най-бързо се увеличава количеството на оцветяващи вещества и поради това обикновено определящ фактор за броя на пропусканията през кристализатора, които ефективно могат да се осъществят, е оцветяването на матерната течност.Multiple leakage crystallization has been shown to tend to increase the amount of ash, coloring matter as well as hydroxymethylfurfural, furfural and acetaldehyde. Of these, the amount of coloring matter increases most rapidly and, therefore, the usual determinant of the number of passes through the mold that can be efficiently effected is the coloration of the mother liquor.

Подходящи измервания за запазване на чистотата на матерната течност включват внимателен контрол върху условията, при които се провеждат изпаряването, обработката с въглен и кристализацията и по-специално рН, температура и продължителност на провеждане на операциите. Предпочитаните условия са дискутирани в отделните части на настоящето описание, посветени на отделните етапи на метода.Suitable measurements to preserve the purity of the mother liquor include careful control of the conditions under which the evaporation, charcoal treatment and crystallization are carried out, and in particular the pH, temperature and duration of the operations. Preferred conditions are discussed in the separate sections of the present specification for the various steps of the method.

Захранващият сироп за кристализатора за предпочитане се охлажда до около 60C преди да бъде въведен в кристализатора. За да може да се постигне добив /теоретичен/ от 40-48% на кристална фруктоза, то разтворът трябва да съдържа минимум 95% /dsb/ фруктоза и да има сухо вещество 88.589.7% тегл. /номинално 89% /dsb//.The feed syrup for the mold is preferably cooled to about 60C before being introduced into the mold. In order to achieve a yield (theoretical) of 40-48% of crystalline fructose, the solution must contain a minimum of 95% (dsb) of fructose and have a dry matter of 88.589.7% by weight. / nominal 89% / dsb //.

В определената порция се внасят зародишни кристали и старателно се разбърква при температура около 57°С, която се изчислява в зависимост от процентите на сухото вещество и на фруктозата в порцията. След като сиропът добре се разбърква с внесените кристали, от него се взема проба, за да се определи точната температура на насищане. Охлаждащата система на кристализатора се нагласява така, че да осигури пресищане на сиропа в граници 1.00-1.05 /спрямо концентрацията на фруктоза/. Ако захарната маса е вече под тези граници, но все още не настъпва процес на образуване на кристали, охлаждането трябва да продължи.Seed crystals are introduced into the specified portion and thoroughly stirred at about 57 ° C, which is calculated according to the percentages of dry matter and fructose in the portion. After the syrup is well mixed with the imported crystals, a sample is taken to determine the exact saturation temperature. The crystallizer cooling system is adjusted to provide syrup saturation in the range of 1.00-1.05 (relative to fructose concentration). If the sugar mass is already below these limits but no crystallization process is still underway, cooling must continue.

Зараждането на кристали е процес, при който кристалите се образуват в течности, преситени разтвори /гели/ или наситени пари /зол/. Кристалите се зареждат върху незначителни следи от странични вещества, действащи като ядро. Често онечистванията служат за това. Кристалите, образувани първоначално в малки области на матерната фаза, след това се разпространяват и увеличават. По метода съгласно изобретението зараждането на кристали по този начин е нежелано, тъй като получаващите се кристали са с много малък размер. По-често се контролира големината на кристалите, като за целта за предпочитане се използват внесени в разтвора кристални зародиши.Crystallization is the process by which crystals are formed in liquids, saturated solutions (gels) or saturated vapors (sol). The crystals are charged on insignificant traces of by-products acting as a nucleus. Often, impurities serve to do so. Crystals formed initially in small areas of the maternal phase are then propagated and enlarged. In the process according to the invention, the formation of crystals is thus undesirable since the resulting crystals are of very small size. The size of the crystals is more commonly controlled, preferably using crystal embryos imported into the solution.

Ходът на кристализацията може да се контролира индиректно чрез стойността на охлаждане на захарната маса, като температурата на охлаждащата вода се поддържа в съответствие с предварително определената крива на охлаждане, така че нивото на пресищане да бъде от 1.0 до 1.35, като напр. 1.0 зо 1.3.The crystallization progress can be indirectly controlled by the value of cooling the sugar mass, keeping the temperature of the cooling water in accordance with a predetermined cooling curve, such that the saturation level is from 1.0 to 1.35, such as e.g. 1.0 of 1.3.

За предпочитане пресищането се определя чрез директен контрол на развитието на кристализацията. Пресищането може да се изчисли от процента на сухото вещество на матерната течност и процента на фруктозата. Като се имат предвид данните за пресищане на разтвора, може да се вземе решение дали да се продължи охлаждането по предварително определената крива на охлаждане, или степента на охлаждане да се измени, така че да се запази желаната степен на пресищане.The saturation is preferably determined by direct control of the crystallization development. The saturation can be calculated from the percentage of the dry matter of the mother liquor and the percentage of fructose. Taking into account the saturation data of the solution, it may be decided whether to continue the cooling according to the predetermined cooling curve, or to alter the cooling rate so as to maintain the desired degree of saturation.

Предпочитан е начинът за ефективна кристализация, който включва внасяне на кристални зародиши в сироп с концентрация на фруктоза над 95% сухо вещество около 88 до 90% тегл., рН от около 3.7 до 4.3 и температура от около 54 до 59С, като криталните зародиши са около 7 до 10% тегл. и имат среден размер на частиците около 150 до 250 mm. След внасяне на зародишите сиропът се подлага на контролирано охлаждане, което да предизвиква кристализацията на фруктозата.An effective crystallization method is preferred, which involves the introduction of crystalline embryos into a syrup with a fructose concentration above 95% dry matter of about 88 to 90% by weight, a pH of about 3.7 to 4.3 and a temperature of about 54 to 59C, with the critical nuclei being about 7 to 10% by weight and have an average particle size of about 150 to 250 mm. After the embryo is introduced, the syrup is subjected to controlled cooling to cause fructose crystallization.

Охлаждането може да се проведе по следния начин: от температура на сиропа около 39 до около46С охлаждането се извършва със скорост около 0.5C/h; от около 46 до около 30”С сиропът се охлажда със скорост1.0 до около 1.5C/h. Препоръчително е нивото на пресищане да се задържии под около 1.17, когато температурата на сиропа е повече от около 46С и да се задържи под около 1.25, ако температурата на сиропа е под около 46С. Максималната температурна разлика между температурите на охладителя и на захарната маса е около 10С. По-висока разлика между температурите може да предизвика самопроизволно зараждане на кристализация.The cooling can be carried out as follows: from a syrup temperature of about 39 to about 46C, the cooling is carried out at a rate of about 0.5C / h; from about 46 to about 30 ”The syrup is cooled at a rate of 1.0 to about 1.5C / h. It is advisable to keep the saturation level below about 1.17 when the syrup temperature is more than about 46C and to keep below about 1.25 if the syrup temperature is below about 46C. The maximum temperature difference between the temperatures of the cooler and the sugar mass is about 10C. Higher temperature differences can cause spontaneous crystallization to occur.

За предпочитане, обаче, охлаждането се контролира на няколко различаващи се степени, в най-малко три периода. Така напр., по време на първия период, когато температурата на сиропа е между около 59С до 52С, охлаждането се извършва със скорост между около 1.0 и 1.5C/h и пресищането се задържа по-ниско от около 1.20. През време на втория („критичен“) период, когато сиропът е с температура между около 52 и 43С, охлаждането се извършва със скорост за предпочитане около 0.5до 1.0C/h и нивото на пресищане се задържа по-ниско от около 1.17. И по време на третия период, период на бързо охлаждане, скоростта на охлаждане, когато температурата на сиропа е между около 43С и около 30С, за предпочитане е около 1.5 до 2.5С, а пресищането се задържа под около 1.25.Preferably, however, cooling is controlled at several different degrees over at least three periods. For example, during the first period, when the temperature of the syrup is between about 59C to 52C, the cooling is performed at a rate of between about 1.0 and 1.5C / h and saturation is kept below about 1.20. During the second ("critical") period, when the syrup is at a temperature between about 52 and 43C, cooling is preferably carried out at a rate of about 0.5 to 1.0C / h and the saturation level is kept below about 1.17. And during the third period, the rapid cooling period, the cooling rate, when the syrup temperature is between about 43C and about 30C, is preferably about 1.5 to 2.5C, and the saturation is kept below about 1.25.

Установено е, че предпочитан начин за провеждане на охлаждането е да се включи непрекъснато действащ монитор за нивото на пресищане към автоматичния контрол на температурата на охлаждащата вода. Особено удобно е данните от непрекъснато получаваната информация от измерванията на температурата на сиропа, температурата на охлаждащата вода и от степента на пресищане да се въвеждат в процесор. Процесорът е програмиран така, че да използва тези данни за контролиране на температурата на охлаждащата вода и по този начин и степента на охлаждане на сиропа. Процесорът е програмиран така, че да се осъществи първо охлаждане на сиропа от температурата на внасяне на зародишни кристали /Ts/ до предварително определената критична температура /Т/ със скорост 2.5C/h. (Критичната температура се изчислява по процентното съдържание на фруктозата и на сухото вещество в захранващия кристализатора сироп и от температурата, при която става пресищането 1.17). Програмата осигурява скорост на охлаждане на захарната маса 10/h при охлаждане от Т’ до 46 и скорост на охлаждане 1.5/h при охлаждане от 46С до крайната температура /най-често 30С/. Обаче програмата има ограничения, за да се предотврати извънмерното зараждане на за родиши. На първо място, програмата осигурява във всички случаи запазване на температурната разлика между захарната маса и охлаждащата течност, така че през цялото време на охлаждане тази разлика да не премине предварително определените стойности /най-често около 14С/. На второ място, програмата осигурява във всички случаи нивото на пресищане да не превиши предварително определената стойност /обикновено 1,28/ през целия период на охлаждането. Конкретните температури и стойности, описани по-горе, могат да се оптимизират, при което да се оптимизира и кривата на зависимост на кристализацията без прекомерно експериментиране. Най-важният фактор, който влияе върху температурите, е общото ниво на сухо вещество /% сухо вещество/ и общата повърхностна площ, в която се внасят зародишните кристали. Например повишаването на сухото вещество би преместило критичния период в по-ранен етап на кривата на охлаждане и обратно. Намаляването на общата повърхност, върху която се внасят кристални зародиши, напр. чрез намаляване на количеството им, ще доведе до разширяване на критичния период и обратно.It has been found that a preferred way of cooling is to include a continuously operating monitor for saturation level to automatically control the temperature of the cooling water. It is particularly convenient to enter the data from the continuously obtained information from the measurements of the syrup temperature, the temperature of the cooling water and the degree of saturation into the processor. The processor is programmed to use this data to control the temperature of the cooling water and thus the degree of cooling of the syrup. The processor is programmed to first cool the syrup from the seed crystal temperature (Ts) to the predetermined critical temperature (T) at a rate of 2.5C / h. (The critical temperature is calculated from the percentage of fructose and dry matter in the syrup feeder and from the temperature at which the saturation is 1.17). The program provides a cooling rate of the sugar mass of 10 / h at cooling from T 'to 46 and a cooling rate of 1.5 / h at cooling from 46C to the final temperature (most often 30C). However, the program has limitations to prevent the birth of parents. In the first place, the program always ensures that the temperature difference between the sugar mass and the coolant is maintained, so that this difference does not exceed the predetermined values (most often about 14C) throughout the cooling time. Second, the program always ensures that the saturation level does not exceed the predetermined value (typically 1.28) throughout the cooling period. The specific temperatures and values described above can be optimized, and the crystallization dependence curve can be optimized without undue experimentation. The most important factor affecting temperatures is the total dry matter level (% dry matter) and the total surface area into which the seed crystals are deposited. For example, an increase in dry matter would shift the critical period to an earlier stage of the cooling curve and vice versa. Reduction of the total surface on which crystalline embryos are deposited, e.g. reducing them will lead to an extension of the critical period and vice versa.

Кинетика на кристализацията, пресищанеCrystallization kinetics, saturation

При кинетиката на кристализация степента на растеж на кристалите е функция от движещата сила на концентрацията - моментната концентрация в матерната течност, в зависимост от концентрацията, която е необходима за равновесното състояние за дадена температура.In crystallization kinetics, the rate of growth of crystals is a function of the driving force of concentration - the instantaneous concentration in the mother liquor, depending on the concentration required for the equilibrium state at a given temperature.

Пресищането е мярка за движещата сила на концентрацията. Има няколко начина за определяне на пресищането. При кристализацията на фруктоза е установено, че най-надежден метод за непрекъснат контрол на развитието на процесите в даден цикъл е определянето на пресищането на база на наличната вода. Така пресищането се дефинира като съотношение на количеството в грамове фруктоза в грам вода в преситения сироп спрямо съотношението, което отговаря на равновесното състояние.Saturation is a measure of the driving force of concentration. There are several ways to determine saturation. Fructose crystallization has shown that the most reliable method for continuous monitoring of the development of processes in a cycle is to determine saturation based on available water. Thus, saturation is defined as the ratio of the amount in grams of fructose in gram of water in the saturated syrup to the ratio corresponding to the equilibrium state.

(Фруктоза/вода) Същсствув11що (Fructose / water) Existence

Пресищане ------------------------(Фруктоза/вода) равновесно Saturation ------------------------ (Fructose / water) equilibrium

В идеалния случай степента на охлажда не на партидата трябва да се регулира така, че да контролира нивото на пресищане на матерната течност. Установено е. че за кристализация на фруктоза с приемлив добив и с размери на кристалите в желаните граници е необходимо пресищанета да бъде от 1.0 до 1.30, Ниво на пресищане под тези граници се проявява в продължаване на времето за охлаждане, докато по-голямо пренасищане от 1.35 довежда до прекъсване на образуването на зародиши.Ideally, the degree of cooling of the batch should be adjusted to control the saturation level of the mother liquor. It has been found that for crystallization of fructose in acceptable yields and with crystalline sizes within the desired limits, the saturation should be from 1.0 to 1.30, the level of saturation below these limits is manifested during the cooling time, while greater saturation from 1.35 causes the formation of embryos to be interrupted.

Образуване на зародишиFormation of embryos

При избиране на зададени стойности за пресищането условията трябва да се съгласуват. Изглежда, че фруктозата няма установими неустойчиви зони, напр. граници в пресищането, при които да не настъпва образуване на зародиши. Нарастването на съществуващите кристали винаги е съпроводено със зараждане на нови кристали. Когато нивото на пресищане се увеличава, се увеличава също и степента на растеж на кристалите, но същото става и със степента на образуване на кристални зародиши. Целта е да се намери такова ниво на пресищане, че да се получи желаният размер на кристалите при едно изгодно от икономическа гледна точка време за провеждане на процеса.When selecting saturation setpoints, the conditions must be consistent. Fructose does not appear to have detectable unstable zones, e.g. saturation limits at which no embryo formation occurs. The growth of existing crystals is always accompanied by the emergence of new crystals. As the saturation level increases, so does the growth rate of the crystals, but so does the degree of crystal nuclei formation. The purpose is to find a level of saturation to obtain the desired crystal size at an economically advantageous time for the process to take place.

Образуването на кристални зародиши, за които се говори по-горе, е поточно или шоково. Както е споменато, кристализацията на фруктозата винаги е придружена от зараждане на нови кристали. Шоково зараждане на кристали може да настъпи в началото на зараждане на партидата при внасяне на кристалните зародиши. Очаква се, че то е причинено от ниските температури при внасянето. Ако кристализацията започне толкова рано, то е за предпочитане захарната маса да се загрее за отстраняване на зародишите. След като кристалните зародиши се разтворят в сиропа, тя може да започне отново.The formation of the crystalline embryos discussed above is either flow or shock. As mentioned, crystallization of fructose is always accompanied by the formation of new crystals. Shock formation of crystals may occur at the beginning of batch formation upon the introduction of crystalline embryos. It is expected to be caused by low temperatures when introduced. If crystallization starts so early, it is preferable to warm the sugar mass to remove the embryos. Once the crystalline embryos have dissolved in the syrup, it can start again.

Предпочитан метод аз избягване на шоково зараждане на кристали е след внасяне на кристалните зародиши нивото на пресищане да се задържи под 1.30. Масивно зараждане на кристали би причинило голямо увеличение на вискозитета на захарната маса, създавайки много трудности при центрофугирането и значително увеличаване времето за пречистване. Фините кристали, отделени от захарната маса, създават много по-големи трудности при сушенето и тен денция към по-бърза агломерация. При масивната кристализация се получава продукт с нежелано малки средни размери на кристалите.A preferred method for avoiding the shock of crystals is to keep the saturation level below 1.30 after the crystal embryos have been introduced. Massive crystallization would cause a large increase in the viscosity of the sugar mass, creating many spin difficulties and greatly increasing the purification time. The fine crystals separated from the sugar mass create much greater difficulty in drying and tend to faster agglomeration. Massive crystallization results in a product having an undesirably small average crystal size.

Установено е, че порция от сироп с обем 345,58 I, заредена в кристализатор с обем от 378,5 I, ще изисква цикъл на охлаждане в продължение на 30 до 80 h, обикновено около 35 до 40 h за кристализация на фруктозата. През този период сиропът обикновено се охлажда на няколко етапа, за предпочитане на три етапа при различна скорост на охлаждане. Изискването за различна скорост на охлаждане в отделните етапи е следствие на нелинейната зависимост на кристализацията на фруктозата от температурата. Различните скорости съответстват на различните периоди от растеж на кристалите, създадени по време на охлаждането.It has been found that a portion of 345.58 I syrup loaded into a 378.5 I volume crystallizer will require a cooling cycle of 30 to 80 hours, typically about 35 to 40 hours, for crystallization of fructose. During this period, the syrup is usually cooled in several stages, preferably in three stages at different cooling rates. The requirement for different cooling rates in the different steps is due to the nonlinear dependence of the crystallization of fructose on temperature. The different velocities correspond to the different crystal growth periods created during cooling.

Първоначалното охлаждане обхваща температура в граници под около 49С. Планираната скорост на охлаждане е около 1 до 4C/h; обикновената скорост е 2C/h, което изисква 4 до 6 h за провеждане на този етап, за предпочитане около 8 h. През това време настъпва нарастване почти изключително само на въведените зародишни кристали и гъстотата на захарната маса нараства бавно. Повечето от топлинното натоварване на охлаждащата вода идва от отвеждане на топлината.Initial cooling covers temperatures below about 49C. The planned cooling rate is about 1 to 4C / h; the normal speed is 2C / h, which requires 4 to 6 hours to perform at this stage, preferably about 8 hours. During this time, only the introduced germ crystals increased almost exclusively, and the density of the sugar mass increased slowly. Most of the heat load of the cooling water comes from heat removal.

Образуването на кристални зародиши може да възникне в този етап, обаче само ако температурата на внасяне на зародиши е прекадено ниска или пресищането превишава 1.3.The formation of crystalline embryos may occur at this stage, however, only if the embryonic temperature of the embryos is too low or the saturation exceeds 1.3.

В критичния период скоростта на нарастване се увеличава с коефициент от 2 до 4. Гъстотата на масата се повишава бързо и зараждащите се нови кристали нарастват до желания размер. Ускоряват се и двата конкуриращи се процеса на нарастване на кристалите и на образуване на зародиши.During the critical period, the rate of increase increases by a factor of 2 to 4. The density of the mass increases rapidly and the new crystals that appear are increased to the desired size. Both competing processes of crystal growth and nucleation are accelerated.

Границите на този район не са ясно дефинирани. Най-доброто място е при температура 49 до 43С. В тази зона е необходима предпазливост, тъй като процесът на зараждане на кристали може да се ускори и да излезе от контрол. При запазване на умерено ниво на пресищане /от 1.05 до 1.20/ е установено, че образуването на кристални зародиши може да се задържи в приемливи граници. Ниската скорост на охлаждане е предпочитан начин за контролиране на степента на пресищане. Скоростта на охлаждане в тази зона е около 0.5 до 3.0С/ h, като обикновено се препоръчва скорост на охлаждане от 0.5 до 1.5C/h. Предвиденото време за “критичния период” при тази скорост е около 10 до 40 h, за предпочитане 1822 h.The boundaries of this area are not clearly defined. The best place is at a temperature of 49 to 43C. Caution is needed in this area as the process of crystal formation can be accelerated and out of control. While maintaining a moderate level of saturation (from 1.05 to 1.20), it has been found that the formation of crystalline nuclei can be kept within acceptable limits. Low cooling speed is the preferred way to control the degree of saturation. The cooling rate in this zone is about 0.5 to 3.0C / h, and a cooling rate of 0.5 to 1.5C / h is usually recommended. The estimated time for the "critical period" at this speed is about 10 to 40 hours, preferably 1822 hours.

В някои случаи високото ниво на пресищане може да не предизвика образуване на кристални зародиши. В такива случаи понататъшно охлаждане може да доведе до образуване на хемихидрат на фруктозата. Този вид има игловидни кристали, които предизвикват много висок вискозитет на масата /> 800,000 cps/. Не е практично тази суспензия да се подложи на центрофугиране. Тя може да претоврати дори кристализатора. Кристалите на хемихидрата могат да бъдат открити при рутинната инспекция на продукта и да бъдат отстранени напълно през периода на охлаждане.In some cases, high levels of saturation may not cause the formation of crystalline embryos. In such cases, further cooling may result in the formation of fructose hemihydrate. This type has needle-like crystals that cause a very high mass viscosity (> 800,000 cps). It is not practical to spin this suspension. It can even overwhelm the mold. Hemihydrate crystals can be detected during routine product inspection and completely removed during the cooling period.

След приключване на “критичния период” гъстотата на масата е достатъчно висока, за да осигури по-голяма скорост на охлаждане без образуване на кристални зародиши. В тази зона на бързо охлаждане температурата на охлаждащата вода може бързо да бъде понижена. Скоростта на охлаждане на захарната маса е около 1 до 7C/h, като обикновено се препоръчва скорост от 1 до 4C/h. За провеждане на охлаждането от 43С до крайната температура от около 3824С са необходими около 3 до 12 h, обикновено от 8 до 12 h. Може да се проведе побързо охлаждане без образуване на кристални зародиши, но тогава ще се забави процесът на нарастване на кристалите и партидата ще остане с по-високо ниво на пресищане на края на процеса. Част от остатъчното пресищане може да се понижи чрез преместване на захарната маса в смесител или смесителен танк за определен период от време.After the "critical period" is over, the mass density is high enough to provide a higher cooling rate without the formation of crystalline nuclei. In this rapid cooling zone, the temperature of the cooling water can be lowered rapidly. The rate of cooling of the sugar mass is about 1 to 7C / h, and a speed of 1 to 4C / h is usually recommended. Cooling from 43C to a final temperature of about 3824C takes about 3 to 12 hours, typically 8 to 12 hours. Rapid cooling without crystalline nucleation may take place, but then the process of crystal growth will slow down and the batch will remain at a higher saturation level at the end of the process. Part of the residual saturation can be reduced by moving the sugar mass into a mixer or mixing tank over a period of time.

Тъй като охлаждането може да се извърши по-бързо в „периода на бързо охлаждане“, отколкото в по-ранен етап на процеса, то има определена допустима граница за това, колко голяма можеда бъде температурната разлика между охлаждащата вода и захарната маса. Тази разлика не е определена прецизно, но при охлаждането не трябва да се получава температурна разлика между захарната маса и охлаждащата повърхност по-голяма от около 15C/h. Температурна разлика, по-голяма от посочената, може да предизвика образуване на кристални зародиши и замърсяване на охлаждащата повърхност.Since cooling can be performed faster in the "fast cooling period" than at an earlier stage of the process, it has a certain limit on how large the temperature difference between the cooling water and the sugar mass can be. This difference is not precisely determined, but cooling does not require a temperature difference between the sugar mass and the cooling surface greater than about 15C / h. A temperature difference greater than that indicated may cause the formation of crystalline nuclei and contamination of the cooling surface.

Внасяне на кристални зародишиIntroduction of crystal embryos

Температурата на внасяне на кристални зародиши може да се различава от температурата на насищане на матерната течност в запълнения с изходна суровина кристализатор. За да се получи тази информация, може да се направи течна хроматография на захранващия сироп и да се измери индексът на рефракция. Тези данни се използват за изчисляване на концентрацията на фруктозата, по процентното съдържание на фруктоза и на сухо вещество в захранващия сироп. Внасянето на кристални зародиши може да се осъществи при пресищане по-голямо от 0.96, напр.от 1.0 до 1.10.The temperature of introduction of the crystalline embryos may differ from the saturation temperature of the mother liquor in the feedstock filled crystallizer. In order to obtain this information, a liquid chromatography of the feed syrup can be performed and the refractive index measured. These data are used to calculate the fructose concentration, the percentage of fructose and the dry matter in the feed syrup. The introduction of crystalline embryos may occur at a saturation of greater than 0.96, eg from 1.0 to 1.10.

За предпочитане внасяната кристална фруктоза е със средна големина на кристалите около 100-400 μ. Препоръчва се количеството на внесените кристали да бъде от 1 до 20% /dsb/. Това количество се определя от желаната големина на кристалите в крайния продукт. Кристалните зародиши се внасят в заведения със суровина катализатор, като се прави всичко възможно за равномерното разпределение на внасяните кристали в кристализатора. Както беше споменато по-горе, в патент на САЩ № 4 164 429 е описан метод и апарат за получаване на кристални зародиши.Preferably, the imported crystalline fructose has an average crystalline size of about 100-400 μ. It is recommended that the amount of crystals imported is from 1 to 20% (dsb). This amount is determined by the desired size of the crystals in the final product. The crystalline embryos are introduced into the catalyst feedstock, making every effort to evenly distribute the imported crystals into the crystallizer. As mentioned above, U.S. Patent No. 4,146,429 discloses a method and apparatus for producing crystalline embryos.

Внасянето на кристали се извършва за предпочитане, като първо се смесват кристалните зародиши със захарния фруктозен сироп до получаване на суспензия за въвеждане в кристализатора. Това има ефект на кондициониране на повърхността на кристалните зародиши. Такова предварително внасяне на кристални зародиши в сиропа намалява до минимум образуването на мехури в кристализатора вследствие внасянето на кристални зародиши. Мехурите са точки, в които е възможно да започне нежелана кристализация.The crystallization is preferably carried out by first mixing the crystal germs with the sugar fructose syrup to form a suspension for introduction into the crystallizer. This has the effect of conditioning the surface of the crystalline embryos. Such pre-introduction of crystalline embryos into the syrup minimizes the formation of blisters in the crystallizer due to the introduction of crystalline embryos. Bubbles are the points where unwanted crystallization can start.

Постоянното внасяне на кристални зародиши е от голямо значение за осигуряване на повърхностната зона за израстване на кристалите от фруктоза. Тъй като съотношението повърхност/обем на зародишните кристали общо взето намалява с повишаване на размера на частиците, то ако размерът на зародишните кристали е по-голям,необ ходимо е по-голямо тегло на зародишните кристали, за да се получи желаната повърхност.Continuous introduction of crystalline embryos is of great importance in providing the surface area for the growth of fructose crystals. Since the surface / volume ratio of the germ crystals generally decreases with increasing particle size, if the size of the germ crystals is larger, the germ crystals need more weight to obtain the desired surface.

В друг случай една част - от 5 до 30%, за предпочитане около 10 до 20% от продукта може да бъде оставена в кристализатора, за да се използва за зараждане на кристализацията. Тази процедура е много по-лесна за изпълнение в сравнение с използването на сухи кристални зародиши, но при нея се получава по-голяма неравномерност в размерите на кристалите, тъй като остатъкът, използван за осигуряване на кристални зародиши, съдържа фини частици, които иначе биха били отстранени в етапите на центрофугиране и изсушаване. По този начин се получава продукт с по-широко вариращи размери на кристалите, който може след това да бъде наситен, за да се осигурят нормативно определените размери на кристалите на крайния продукт.In another case, a portion of 5 to 30%, preferably about 10 to 20%, of the product may be left in the crystallizer to be used to initiate crystallization. This procedure is much easier to perform than using dry crystalline embryos, but it results in more irregularity in crystal size, since the residue used to provide crystalline embryos contains fine particles that would otherwise have been removed in the spinning and drying stages. In this way, a product with a more variable crystal size is obtained, which can then be saturated to provide the standard crystal sizes of the final product.

Предпочитан начин е да се добави горещ сироп върху остатъка, който да повиши температурата на захарната маса до температурата на насищане /приблизително 56С, докато захранващият сироп се охлажда до температурата на внасяне на кристални зародиши. Част от кристалната маса вероятно се губи при този процес. Въпреки този факт крайната гъстота на масата за предпочитане е от 2 до 10% /dsb/. Критичната част от тази операция се определя от крайната температура, достигната от захранващия сироп и захарната маса, която да осигури пренасищане от 1.00 до 1.10, при което загубата ще се доведе до минимум и продукцията на зародиши ще бъде малка.A preferred way is to add hot syrup to the residue which will raise the sugar mass to a saturation temperature / approximately 56C while the feed syrup is cooled to the crystalline embryo loading temperature. Part of the crystalline mass is probably lost in this process. Despite this fact, the final mass density is preferably from 2 to 10% (dsb). The critical part of this operation is determined by the final temperature reached by the feed syrup and the sugar mass, which will provide a saturation of 1.00 to 1.10, whereby the loss will be minimized and the germ production will be small.

Пример 3.Example 3.

Кристализация на фруктоза се провежда на пилотна инсталация с обичаен кристализатор при използване на захранващ сироп със съдържание на фруктоза 95.82% /dsb/ при 89.60% сухо вещество. Кристализаторът е снабден с бъркалка на централния вал. Охлаждането се осъществява чрез вътрешни ребра, прикрепени към централния вал. Кристализаторът почти се напълва с 386.1 1 сироп. Охлаждането се провежда в продължение на около 40 h след внасяне на кристалните зародиши. В края на периода остава значително пресищане /1.17/. Цикълът се контролира чрез проследяване изменението на пресищането. Кристалните зародиши се получават чрез пресяване на крис талния продукт през сито 2А Fitzmill. Материалът се пресява през сита с размери 55 и 100 меша, така че има среденразмер на частиците 161 μ. Сухите кристални зародиши се прибавят директно към сиропа в кристализатора. На таблица 4 е показана дейстТаблица 4 вителната програма на охлаждане,използвана по време на кристалиизацията. Пресищането нараства през първите 18 h до постигане на максимална стойност 1.26. След това се понижава до около 1.17 и остава такова при охлаждането.Fructose crystallization was carried out on a pilot plant using a conventional crystallizer using a feed syrup with a fructose content of 95.82% (dsb) at 89.60% dry matter. The crystallizer is provided with a central shaft stirrer. Cooling is carried out by internal fins attached to the central shaft. The crystallizer is almost filled with 386.1 l syrup. Cooling is carried out for about 40 hours after the crystal embryos have been introduced. At the end of the period, significant glut remains /1.17/. The cycle is controlled by tracking the change in saturation. The crystal embryos are obtained by sieving the crystalline product through a 2A Fitzmill sieve. The material is sieved through a 55 and 100 mesh screen so that it has an average particle size of 161 μ. The dry crystalline embryos were added directly to the syrup in the mold. Table 4 shows the effect of Table 4 on the cooling program used during crystallization. The saturation was increased in the first 18 hours to a maximum of 1.26. It then drops to about 1.17 and remains so during cooling.

Период след внасяне Начална на зародишите /С/h/ темп., СStarting period embryonic start / C / h / temp

2.0 — 10.8572.0 - 10,857

10.8 — 20.85Г’С10.8 - 20.85G'S

20.8 — 30.844С20.8 - 30.844C

30.8 — 40.838С30.8 - 40.838C

Крайна Extreme Скорост на Speed of темп.. С temp охлаждане cooling 5ГС 5GS 1.25 1.25 44С 44C 0.98 0.98 38С 38C 1.11 1.11 30С 30C 1,46 1.46

Кристалите в получения продукт имат среденразмер от 268 μ. Добивът на кристален продукт е 46% спрямо съдържанието на фруктоза в сиропа.The crystals in the resulting product have an average size of 268 μ. The yield of the crystalline product is 46% of the fructose content of the syrup.

РазделянеSeparation

Предпочитан начин на отделяне на кристалите от фруктоза от матерната течност е центрофугиране в центрофуга с кош. Установи се, че в 14 х 6” центрофуга може да се разделят 13.14 1 захарна маса за около 10-15 min. Този период включва само едно до три промивания, за предпочитане две, с топла вода /49-93С/. По-висока температура на промиващата вода може да причини поголямо разтваряне на фруктозата и загуби в добива. Препоръчва се количеството на промивната вода да бъде от 1 до 5%спрямо захарната маса. Може да се използва дейонизирана вода. За предпочитане pH на промивната вода е в граници от около 3 до 5.A preferred method of separating fructose crystals from the mother liquor is centrifugation in a basket centrifuge. It was found that in a 14 x 6 ”centrifuge, 13.14 1 sugar mass could be separated in about 10-15 minutes. This period includes only one to three washes, preferably two, with warm water (49-93C). Higher flushing water temperatures can cause greater dissolution of fructose and loss of yield. It is recommended that the amount of washing water be from 1 to 5% by weight of the sugar mass. Deionized water may be used. The pH of the wash water is preferably in the range of about 3 to 5.

Предпочитани условия за работа на центрофугата, използвана за отделяне на кристалите от фруктоза от матерната течност, са следните: сила на гравитация около 1400, дебелина на утайката от около 5 до 7.5 cm, влажност на утайката между около 0.7 до 1,5% вода, чистота на продукта около 99.5%, за предпочитане над около 99.8%. Влажността на утайката и нейната чистота са важни фактори за получаване на неагломериращ се стабилен продукт.Preferred operating conditions for the centrifuge used to separate fructose crystals from the mother liquor are the following: gravity about 1400, precipitate thickness from about 5 to 7.5 cm, precipitate moisture between about 0.7 to 1.5% water, product purity about 99.5%, preferably above about 99.8%. The sludge moisture and its purity are important factors for obtaining a non-agglomerating stable product.

Продуктът се промива в центрофугата преди да се отстрани. Предпочита се промиване с вода с температура между около 65 и 82С в количество около 1 до 1.5 % тегл. спрямо захарната утайка. При използване на този начин за работа загубите от продук та при промиването са най-често около 5 до 10%. Промивните води, които съдържат фруктоза, могат да се рециклират в етапа на обработка с въглен, за да се отстранят онечистванията, след което се концентрират.The product was washed in the centrifuge before being removed. It is preferred to rinse with water at a temperature between about 65 and 82C in an amount of about 1 to 1.5% by weight. relative to the sugar precipitate. When used in this way, the product losses from flushing are usually about 5 to 10%. The fructose-containing wash water can be recycled at the coal treatment stage to remove impurities and then concentrated.

СушенеDrying

За изсушаване на получения продукт могат да се използват различни видове сушилни. Подходящи са сушилни с псевдокипяш слой, с вибриращ псевдокипящ слой, рафтови и барабанни сушилни. За предпочитане влажната утайка от центрофугата се дозира в непрекъснато действащ смесител чрез шнеков транспортьор с различни скорости. Сухият рециклиращ се материал се дозира в затворен транспортьор /за избягване на смесването с въздуха/ при номинално съотношение до 4:1 към влажната утайка. Обработката в смесителя трябва да бъде достатъчна, за да осигури смесване на влажния материал със сухия. Така смесената утайка се прехвърля в сушилнята.Different types of dryers can be used to dry the resulting product. Fluid-bed dryers with vibrating fluid bed, shelf and drum dryers are suitable. Preferably, the wet centrifuge sludge is metered into a continuously operated mixer by means of a screw conveyor at different speeds. The dry recycled material is dispensed in a closed conveyor (to avoid mixing with the air) at a nominal ratio of up to 4: 1 to the wet sludge. The treatment in the mixer must be sufficient to allow the wet material to be mixed with the dry material. The mixed precipitate was then transferred to the oven.

За предпочитане се суши едновременно, за да се избегне прегряване на продукта. Въздухът в помещението трябва предварително да бъде пречистен чрез преминаване през ултрафин боросиликатен филтър, предназначен да отстрани 95% от частиците с големина от 0.5 μ. Въздухът след това се нагрява до температура, така че след смесване с въздуха от охладителя да достигне 71С, при която се въвежда в сушилнята.It is preferably dried simultaneously to avoid overheating of the product. The room air must be pre-purified by passing through an ultrafine borosilicate filter designed to remove 95% of the particles with a size of 0.5 μ. The air is then heated to a temperature so that, after mixing with the air from the cooler, it reaches 71C, at which time it is introduced into the dryer.

Продуктът напуска сушилнята при около 54С и се транспортира в охладителя. Контролирано количество от продукта се рециклира без охлаждане за внасяне в сушилнята за третиране на мократа утайка от центрофугата. Най-критичният показател при операцията по изсушаване е влажността на входящата утайка. Ако влажността е твърде висока, то при изсушаването се получават топчета и агломерати. Влажността може да се регулира чрез количеството на сухите кристали, които се връщат към влажната утайка. Макар че съотношение 2:1 на сух рециклиращ се продукт спрямо влажната утайка обикновено е задоволително, за да се получат добре оформени кристали, за да се осигури добро центрофугиране и да се избегне агломерация, се изисква съотношението да бъде 3:1.The product leaves the oven at about 54C and is transported to the cooler. A controlled amount of the product is recycled without cooling to be introduced into the dryer to treat the wet sludge from the centrifuge. The most critical indicator of a drying operation is the humidity of the incoming sludge. If the humidity is too high, pellets and agglomerates are produced upon drying. Humidity can be adjusted by the amount of dry crystals that return to the wet precipitate. Although a 2: 1 ratio of dry recyclable product to wet sludge is generally sufficient to obtain well-formed crystals to ensure good spin and avoid agglomeration, a ratio of 3: 1 is required.

Утайката от центрофугирането се суши за предпочитане в ротационна сушилня, за да се понижи влажността на кристалите от фруктоза под около 0.1 % тегл. Установено е, че ако влажността на утайката от центрофугирането е над приблизително 1.5% тегл. в сушилнята ще се образуват бучки от продукта. Както беше посочено, влажността на утайката от центрофугирането се регулира чрез прибавяне на сух продукт. За препоръчване е да не се допуска температурата на продукта да надвииши 60°С. Предпочитани условия за работа на сушилнята са следните: температура на входящия въздух около 76 до 121С, за предпочитане 76 до 93С, температура на изходящия въздух около 54 до 63°С, температура на продукта около 52 до 57С и съдържание на влага в продукта под около 0.1%, за предпочитане по-ниско от около 0.07%.The spinning precipitate is preferably dried in a rotary dryer to reduce the moisture content of the fructose crystals to about 0.1% by weight. It was found that if the centrifugation sludge moisture was above approximately 1.5% by weight. lumps of product will form in the dryer. As indicated, the humidity of the spinning precipitate was adjusted by adding a dry product. It is advisable not to allow the temperature of the product to exceed 60 ° C. Preferred operating conditions for the dryer are as follows: inlet air temperature of about 76 to 121C, preferably 76 to 93C, outlet air temperature of about 54 to 63C, product temperature of about 52 to 57C, and moisture content of the product below about 0.1%, preferably lower than about 0.07%.

КондициониранеConditioning

Установено е, че ако кристалите от фруктоза се съхраняват твърде топли, то по време на престоя ще се образуват бучки. Това явление се наблюдава също и при получаването на декстроза и захароза. Тъй като точният механизъм не е изследван, то се предполага, че влагата мигрира от по-големите кристали към по-малките и предизвиква следващата кристализация на граничната повърхност. Този процес е резултат или на температурна разлика или на разлика във влажността, като и двете причини възникват вследствие на това, че кристалите не са в равновесно състояние. Опитите показват, че при изсушаването на продукта до пониска стойност /около 0.05%/ и охлаждането му до стайна температура довеждат до получаване на свободно сипещ се продукт без бучки. За да бъде в равновесие с фрук тозни кристали с влажност 0.05%, въздухът при 70С трябва да има относителна влажност под 50%.It has been found that if fructose crystals are stored too warm, lumps will form during the stay. This phenomenon is also observed in the preparation of dextrose and sucrose. As the exact mechanism has not been studied, it is assumed that moisture migrates from the larger crystals to the smaller crystals and causes further crystallization of the boundary surface. This process is the result of either a temperature difference or a difference in humidity, both of which are due to the fact that the crystals are not in equilibrium. Tests show that when the product is dried to a lower value (about 0.05%) and cooled to room temperature, a free-flowing product without lumps is obtained. In order to be in equilibrium with fruit crystals with a humidity of 0.05%, the air at 70C must have a relative humidity below 50%.

За тези цели е подходящо използването на ротационен охладител с насрещен поток от въздух. За охлаждане на кристалния продукт до температури под около 24С. за предпочитане под 22С се използва изстуден сух въздух. Препоръчва се входящият охлаждащ въздух да бъде с температура под около 21С и относителна влажност под около 40%. Времето на престой в охладителя трябва да бъде достатъчно, за да осигури добро кондициониране на продукта. Съдържанието на влага в крайния продукт е за предпочитане по-ниско от около 0.07%.For these purposes it is appropriate to use a rotary counter with a counter-flow of air. For cooling the crystalline product to temperatures below about 24C. preferably under 22C cooled dry air is used. It is recommended that the inlet cooling air be at a temperature below about 21C and relative humidity below about 40%. The residence time in the cooler must be sufficient to ensure good product conditioning. The moisture content of the final product is preferably lower than about 0.07%.

Крайният продукт може да се калибрира чрез пресяване и/или смилане. Продължителното му съхранение при висока температура предизвиква сбиване и оцветяване на продукта, дори ако той е поставен в непропускащи влага торби. Съхранението трябва да бъде при условия на контролирана влажност.The final product can be calibrated by sieving and / or grinding. Continuous storage at high temperature causes the product to shrink and stain, even if it is placed in moisture-proof bags. Storage must be under conditions of controlled humidity.

СмесванеMixing

Матерната течност, отделена от кристалния продукт при центрофугирането, може да се върне в производствения цикъл за получаване на обогатен фруктозен сироп /EFCS/.The mother liquor separated from the crystalline product by centrifugation may be returned to the production cycle to obtain enriched fructose syrup (EFCS).

Освен това, че може да бъде смесена с декстроза, матерната течност, която остава след отделянето на кристалите, може просто да бъде разредена с вода, за да се получи много обогатен фруктозен сироп /VEFCS/.In addition to being able to be mixed with dextrose, the mother liquor that remains after crystals are separated can simply be diluted with water to give a very enriched fructose syrup (VEFCS).

След отделяне на кристалната фруктоза матерната течност може да се смеси с декстроза или с разтвор, съдържащ декстроза до получаване като краен продукт на течен подсладител, съдържащ декстроза и фруктоза, напр, 55% EFCS. Както е показано на фигура 3, част от съдържащите декстроза потоци може да се смеси с матерната течност преди подаването им към последните завършващи обработката операции. Подбирането на отделните потоци или само на един от тях се определя от състоянието на масовия баланс, като целта е да се получи желаното съдържание на фруктоза в течния подсладител като краен продукт. Най-често при провеждане на комбинирания метод съгласно изобретението се получава течен продукт със съдържание на 55% /dsb/ фруктоза. Ако в матерната течност има достатъчно количество фруктоза, то е възможно даже за смесване с него да се използва декстрозният поток от озахаряването, който обикновено съдържа 94-96% /dsb/ декстроза.After separation of crystalline fructose, the mother liquor may be mixed with dextrose or with a dextrose-containing solution to obtain as a final product a liquid sweetener containing dextrose and fructose, e.g., 55% EFCS. As shown in Figure 3, some of the dextrose-containing streams can be mixed with the mother liquor before being fed to the last finishing operations. The selection of the individual streams or only one of them is determined by the state of mass balance, the aim being to obtain the desired fructose content of the liquid sweetener as a final product. Most often, by carrying out the combined method according to the invention, a liquid product containing 55% / dsb / fructose is obtained. If there is sufficient fructose in the mother liquor, it is even possible to mix with it the dextrose flow of saccharification, which usually contains 94-96% / dsb / dextrose.

Обратно, ако матерната течност съдържа 90-92% фруктоза, тя може просто да се разреди с вода за получаване на течен подсладител. Такова разреждане се препоръчва, ако е желателно да се запази фруктозата във вид на течност, тъй като е възможно допълнително изкристализиране на фруктоза от матерната течност, при положение, че тя не е разредена под точката на насищане за всички възможни температури, при които тя може да попадне. Освен водата за разреждане на матерната течност са подходящи следните разредители: водни захарни сиропи като декстрозни сиропи, сироп с високо съдържание на фруктоза HFCS, много обогатен на фруктоза сироп /VEFCS/ или обогатен фруктозен сироп /EFCS/, както и потоци от производството на такива сиропи. Друг начин за предотвратяване на кристализацията на фруктоза в отделната матерна течност включва вземането на мерки за предпазване на разтвора от изпаряване на водата в него иили намаляване на количеството на изпаряващата се вода, както и прибавянето на вещества, които инхибират кристализацията.Conversely, if the mother liquor contains 90-92% fructose, it can simply be diluted with water to obtain a liquid sweetener. Such dilution is recommended if it is desirable to retain fructose as a liquid, since further crystallization of fructose from the mother liquor is possible, provided that it is not diluted below the saturation point at all possible temperatures at which it can to fall. In addition to dilution water, the following diluents are suitable: aqueous sugar syrups such as dextrose syrups, high fructose syrup HFCS, very fructose enriched syrup / VEFCS / or enriched fructose syrup / EFCS /, and production streams of such syrups. Another way to prevent crystallization of fructose in the individual mother liquor is to take measures to prevent the solution from evaporating the water in it or to reduce the amount of evaporating water, as well as to add substances that inhibit crystallization.

Друг начин на употреба на отделената матерна течност или на порции от нея се състои в получаване на некристален или полукриистален фруктозен подсладител. Това се осъществява чрез диспергиране на матерната течност върху носители, които могат да се ядат, и изсушаване на дисперсията до получаване на съдържащ фруктоза подсладител, където фруктозата е в аморфна или полукристална форма. Предпочитаните носители, върху които се диспергира течността, са кристали от фруктоза.Another use of the separated mother liquor or portions thereof is to obtain a non-crystalline or semi-crystalline fructose sweetener. This is accomplished by dispersing the mother liquor on a nutritious carrier and drying the dispersion to obtain a fructose-containing sweetener, where the fructose is in amorphous or semi-crystalline form. The preferred carriers on which the liquid is dispersed are fructose crystals.

В патент на САЩ № 4 517 021 е описан метод за получаване на полукристален фруктозен състав. Описаните там начини за работа могат да се използват и по метода съгласно изобретението. Отделената матерна течност съгласно изобретението може да се използва като фруктозен сироп за провеждане на метода и получената кристална фруктоза може да се използва като инициатор на кристализацията. По този начин е създаден един комбиниран метод за получаване на кристалната фруктоза, на полукрис тална фруктоза и на един или повече течни подсладители, съдържащи фруктоза.U.S. Patent No. 4,517,021 describes a process for preparing a semi-crystalline fructose composition. The methods described therein may also be used by the method according to the invention. The separated mother liquor according to the invention can be used as a fructose syrup to carry out the process and the resulting crystalline fructose can be used as an initiator of crystallization. In this way, a combined process for the preparation of crystalline fructose, semi-crystalline fructose and one or more fructose-containing liquid sweeteners has been devised.

В дадените по-горе примери са описани конкретни изпълнения на изобретението. За специалистите в тази област е очевидно, че са възможни много модификации и изменения в устройствата, съставите и методите, без да се излезе от обхвата и смисъла на изобретението. Тези модификации са също включени в обхвата на патентните претенции.The above examples describe specific embodiments of the invention. It will be apparent to those skilled in the art that many modifications and modifications to the devices, compositions and methods are possible without departing from the scope and meaning of the invention. These modifications are also included within the scope of the claims.

Claims (11)

ПАТЕНТНИ ПРЕТЕНЦИИPatent Claims 1. Метод за получаване на кристална фруктоза и течен подсладител, фруктоза и декстроза, характеризиращ се с това, че включва кристализация на фруктоза от воден разтвор и добавяне на декстроза към разтвора след отстраняване на фруктозата.A method for the preparation of crystalline fructose and liquid sweetener, fructose and dextrose, characterized in that it involves crystallization of fructose from an aqueous solution and the addition of dextrose to the solution after removal of fructose. 2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че водният разтвор, съдържащ фруктоза и декстроза, се разделя на два потока, първият от които се фракционира до получаване на високо съдържание на фруктоза и след кристализация и отделяне на фруктозата част от него се обединява с втория поток.A method according to claim 1, characterized in that the aqueous solution containing fructose and dextrose is separated into two streams, the first of which is fractionated to obtain a high content of fructose and after crystallization and separation of the fructose part thereof. combines with the second stream. 3. Метод съгласно претенция 2, характеризиращ се с това, че водният разтвор, съдържащ фруктоза, се подлага на обработка за изомеризиране на част от декстрозата в него, до получаване на воден разтвор, съдържащ фруктоза и декстроза.A method according to claim 2, characterized in that the aqueous solution containing fructose is subjected to an isomerization treatment of a portion of the dextrose therein, to obtain an aqueous solution containing fructose and dextrose. 4. Метод съгласно претенция от 1 до 3, характеризиращ се с това, че кристализацията на фруктозата се провежда при рН от 3.7 до 4.3.The method according to claim 1 to 3, characterized in that the crystallization of the fructose is carried out at a pH of 3.7 to 4.3. 5. Метод съгласно претенции от 1 до 4, характеризиращ се с това, че преди кристализацията водният разтвор, съдържащ фруктоза, се обработва с въглен и след това част от разтворителя се изпарява.5. The method according to claims 1 to 4, characterized in that before the crystallization the aqueous solution containing fructose is treated with charcoal and then a portion of the solvent is evaporated. 6. Метод съгласно претенции от 1 до 5, характеризиращ се с това, че водният разтвор, съдържащ фруктоза и декстроза, се фракционира до получаване на разтвор, обогатен на декстроза, на първи фруктозен разтвор и на втори фруктозен разтвор, като вторият фруктозен разтвор има по-голямо съдържание на фруктоза в сравнение с първия и фруктозата кристализира от втория разтвор или от разтвори, получени от него, а разтворът, след отстраняване на фруктозата, се добавя към първия фруктозен разтвор и към воден разтвор, съдържащ декстроза с по-голяма концентрация като сухо вещество в сравнение с първия разтвор.6. The method according to claims 1 to 5, characterized in that the aqueous solution containing fructose and dextrose is fractionated to obtain a solution enriched in dextrose, a first fructose solution and a second fructose solution, the second fructose solution having higher fructose content than the first, and fructose crystallizes from the second solution or from the solutions obtained therefrom, and the solution, after removal of fructose, is added to the first fructose solution and to an aqueous solution containing dextrose with a higher concentration ation as dry matter relative to the first solution. 7. Метод съгласно претенция 6, характеризиращ се с това, че разтворът, съдържащ фруктоза и декстроза, се разделя на първи и втори поток, като първият поток се подлага на фракциониране и кристализация на фруктозата, а вторият се прибавя към първия фруктозен разтвор и към разтвора, оставащ след отстраняване на фруктозата. като воден разтвор, съдържащ декстроза.A method according to claim 6, characterized in that the solution containing fructose and dextrose is separated into a first and a second stream, the first stream being subjected to the fractionation and crystallization of fructose, and the second is added to the first fructose solution and to the solution remaining after removal of fructose. as an aqueous solution containing dextrose. 8. Метод за получаване на кристалната фруктоза и на течен подсладител, съдържащ фруктоза, характеризиращ се с това, че воден разтвор на фруктоза се подлага на кристализация до получаване на смес, съдържаща кристална фруктоза и матерна течност; кристалната фруктоза се отделя от матерната течност, в която се инхибира следваща кристализация за получаване на течен подсладител, съдържащ фруктоза.A process for the preparation of crystalline fructose and a fructose-containing liquid sweetener, characterized in that the aqueous fructose solution is crystallized to form a mixture comprising crystalline fructose and a mother liquor; crystalline fructose is separated from the mother liquor, in which further crystallization is inhibited to obtain a fructose-containing liquid sweetener. 9. Метод за получаване на кристална фруктоза, характеризиращ се с това, че поток, съдържащ декстроза и фруктоза се фракционира за получаване на високофруктозен поток със съдържание на фруктоза, по-високо от 90% сухо вещество, който се обработ-9. A method for producing crystalline fructose, characterized in that a dextrose and fructose-containing stream is fractionated to produce a high-fructose stream with a fructose content greater than 90% of the dry matter to be treated. Приложение: 5 фигури ва с активен въглен до получаване на пречистен фруктозен поток и се изпарява до получаване на по-концентриран разтвор на фруктоза, от който фруктозата изкристали5 зира.Application: 5 charcoal figures to obtain purified fructose flow and evaporate to give a more concentrated fructose solution from which fructose crystallizes. 10. Метод за получаване на кристална фруктоза, характеризиращ се с това, че разтвор на фруктоза се подлага на кристализация до получаване на смес от кристална10. A method for the preparation of crystalline fructose, characterized in that the solution of fructose is crystallized to form a mixture of crystalline fructose. 10 фруктоза и матерна течност, съдържаща фруктоза. кристалната фруктоза се отделя от матерната течност, поне част от която се смесва с воден разтвор до получаване на разтвор на фруктоза с по-ниско сухо вещес15 тво, който след обработка с активен въглен се изпарява до получаване на фруктозен сироп с по-високо сухо вещество.10 fructose and mother liquor containing fructose. crystalline fructose is separated from the mother liquor, at least part of which is mixed with an aqueous solution to give a solution of fructose with a lower dry matter, which after evaporation with activated charcoal is evaporated to give a fructose syrup with a higher dry matter . 11. Метод съгласно претенция 10, характеризиращ се с това, че охлаждането наA method according to claim 10, characterized in that the cooling of 20 разтвора в първоначалния температурен обхват се извършва при една първоначална скорост на охлаждане, след това охлаждането в междинния обхват става с междинна скорост, която е по-малко от първоначална25 та скорост на охлаждане, охлаждането на разтвора в крайния температурен обхват се извършва със скорост, коята е по-голяма от скоростта в междинния етап на охлаждане.20 solutions in the original temperature range are carried out at an initial cooling rate, then the cooling in the intermediate range is at an intermediate rate that is less than the original cooling rate, the solution in the final temperature range is carried out at a speed, which is greater than the rate at the intermediate cooling stage. Издание на Патентното ведомство на Република БългарияPublication of the Patent Office of the Republic of Bulgaria 1113 София, бул. Д-р Г. М. Димитров 52-Б1113 Sofia, 52-B Dr. GM Dimitrov Blvd.
BG97580A 1993-03-26 1993-03-26 Method for the preparation of crystalline fructose BG60746B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG97580A BG60746B1 (en) 1993-03-26 1993-03-26 Method for the preparation of crystalline fructose

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG97580A BG60746B1 (en) 1993-03-26 1993-03-26 Method for the preparation of crystalline fructose

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BG97580A BG97580A (en) 1994-12-02
BG60746B1 true BG60746B1 (en) 1996-02-29

Family

ID=3925033

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BG97580A BG60746B1 (en) 1993-03-26 1993-03-26 Method for the preparation of crystalline fructose

Country Status (1)

Country Link
BG (1) BG60746B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
BG97580A (en) 1994-12-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101189640B1 (en) Method of producing D-psicose crystals
AU2008314446B2 (en) Process and equipment for sugar crystallization by controlled cooling
EP0613954B1 (en) Fructose crystallization
JPH0553480B2 (en)
EP2292803B1 (en) Separation process
US7150794B2 (en) Process for the production of crystalline fructose of high purity utilizing fructose syrup having a low content of fructose made from sucrose and product obtained
CA2229410C (en) Process for producing mixtures rich in 1,6-gps or 1,1-gpm
US5230742A (en) Integrated process for producing crystalline fructose and high-fructose, liquid-phase sweetener
US4371402A (en) Process for preparation of fructose-containing solid sugar
US5234503A (en) Integrated process for producing crystalline fructose and a high-fructose, liquid-phase sweetener
US4634472A (en) Enrichment of fructose syrups
CA1175821A (en) Process for continuous crystallization of alpha mono hydrate dextrose utilizing high agitation
US5656094A (en) Integrated process for producing crystalline fructose and a high-fructose, liquid phase sweetener
BG60746B1 (en) Method for the preparation of crystalline fructose
US5350456A (en) Integrated process for producing crystalline fructose and a high fructose, liquid-phase sweetener
KR100287306B1 (en) Integrated manufacturing method of crystalline fructose
US2032160A (en) Sugar manufacturing process
CN110904170B (en) Preparation method of F-55 high fructose corn syrup
FI116532B (en) Prodn. of crystalline fructose - by cooling a seeded soln. at different rates with a slower intermediate rate
Cavalcante et al. The sugar production process
SU1452485A3 (en) Method of continuous production of monohydrate of dextrose
FI72742B (en) FOERFARANDE FOER FRAMSTAELLNING AV SIRAP MED HOEJT FRUKTOSINNEHAOLL.
IL104964A (en) Fructose and dextrose containing liquid sweetener
WO2006125286A1 (en) Process for the production of pyrogen-free anhydrous crystalline dextrose of high purity from sucrose
Gharsallaoui et al. Study of batch maltitol (4-O-α-D-glucopyranosyl-D-glucitol) crystallization by cooling and water evaporation